微納米力學(xué)及納米壓痕表征技術(shù)-展示頁(yè)
2025-07-09 21:02本頁(yè)面
【正文】 壓頭卸載時(shí),僅僅彈性變形得到恢復(fù)。當(dāng)壓頭壓入試樣后,壓頭附近的材料首先產(chǎn)生彈性變形,隨著載荷的增加,試樣開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形,樣品中出現(xiàn)一個(gè)與壓頭形狀匹配的壓痕,壓痕的接觸深度為h。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合,而表現(xiàn)出很高的化學(xué)活性納米粒子的表面原子所處的位場(chǎng)環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，如存在許多懸空鍵，配位嚴(yán)重不足，具有不飽和性質(zhì)，因而極易與其它原子結(jié)合而趨于穩(wěn)定，所以具有很高的化學(xué)活性。納米粒子的表面原子所處的晶體場(chǎng)環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，存在許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，因而極易與其他原子相結(jié)合而趨于穩(wěn)定，具有很高的化學(xué)活性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，可制作高貯存密度的磁記錄磁粉，應(yīng)用于磁帶、磁卡以及磁性鑰匙等。 特殊的熱學(xué)性質(zhì)是指固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10nm量級(jí)時(shí)尤為顯著。利用這個(gè)特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能? 特殊的光學(xué)性質(zhì)是指所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。 小尺寸效應(yīng)當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)(物質(zhì)波的波長(zhǎng))、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度（能夠發(fā)生干涉的最大光程差 ）或與磁場(chǎng)穿透深度相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近的原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱力學(xué)等特性出現(xiàn)異常的現(xiàn)象。 納米材料有下列基本特性：1量子尺寸效應(yīng)2小尺寸效應(yīng)3表面效應(yīng)4庫(kù)侖堵塞和宏觀量子隧道效應(yīng)5介電限域效應(yīng) 量子尺寸效應(yīng)是指對(duì)于介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中的連續(xù)的能帶分裂為分立的能級(jí)，能級(jí)間的距離隨顆粒尺寸減小而增大。 納米材料分類(lèi)：按維數(shù)，納米材料的基本單元可以分為:1 零維：在空間三維尺度上均在納米尺度，如納米尺度顆粒，原子團(tuán)簇；2 一維：在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲，納米棒，納米管等；3 二維：在三維空間中有一維在納米尺度，如超薄膜，多層膜，超晶格等。它通過(guò)連續(xù)控制和記錄樣品上壓頭加載和卸載時(shí)的載荷和位移數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析而得出材料的許多力學(xué)性能指標(biāo),壓痕深度可以非常淺，壓痕深度在納米范圍,也可以得到材料的力學(xué)性能，這樣該方法就成為薄膜、涂層和表面處理材料力學(xué)性能測(cè)試的首選工具,如薄膜、涂層和表面處理材料表面力學(xué)性能測(cè)試等。[4] 現(xiàn)在，薄膜的厚度己經(jīng)做到了微米級(jí),甚至于納米級(jí),對(duì)于這樣的薄膜,用傳統(tǒng)的材料力學(xué)性能測(cè)試方法己經(jīng)無(wú)法解決。[3]同時(shí)隨著材料設(shè)計(jì)的微量化、微電子行業(yè)集成電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,傳統(tǒng)材料力學(xué)性能測(cè)試方法已難以滿足微米級(jí)及更小尺度樣品的測(cè)試精度,不能夠準(zhǔn)確評(píng)估薄膜材料的強(qiáng)度指標(biāo)和壽命 。薄膜、涂層和表面處理材料的極薄表層的物理、化學(xué)、力學(xué)性能和材料內(nèi)部的性能常有很大差異,這些差異在摩擦磨損、物理、化學(xué)、機(jī)械行為中起著主導(dǎo)作用,如計(jì)算機(jī)磁盤(pán)、光盤(pán)等,要求表層不但有優(yōu)良的電、磁、光性能,而且要求有良好的潤(rùn)滑性、摩擦小、耐磨損、抗化學(xué)腐蝕、組織穩(wěn)定和優(yōu)良的力學(xué)性能。關(guān)鍵詞：微納米力學(xué) 納米壓痕 楊氏模量 硬度 0引言 近年來(lái),隨著工業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化,以及高新技術(shù)和國(guó)防技術(shù)的發(fā)展,對(duì)各種材料表面性能
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