Наносклерометрия и наноиндентирование

(524 Кбайт)

Измерение твердости на основании анализа локальных деформаций (индентация и скрэтчинг)
Динамическое определение модуля упругости в широком диапазоне значений:

Измерение модуля упругости твердых и сверхтвердых материалов
Измерение модуля упругости синтетических полимерных материалов
Измерение модуля упругости биологических объектов

Рис.1 Головка наноиндентора

Таблица сравнения разных методов исследования твердости и упругости
	Твердость образца	Разрушение образца	Предельная нагрузка
ИНТЕГРА + Hysitron TriboScope	&Твердые и сверхтвердые (0.1 – 100 ГПа)	Есть и разрушающие и неразрушающие методики	До 1Н
ИНТЕГРА с опцией наносклерометрии	Твердые и сверхтвердые (1 – 80 ГПа)	Есть и разрушающие и неразрушающие методики	До 200 мН
АСАМ	От мягких до твердых(10 кПа – 10 ГПа)	Неразрушающая методика	-
Атомно-силовая микроскопия и спектроскопия	Мягкие и очень мягкие(1 кПа – 1 ГПа)	Есть и разрушающие и неразрушающие методики	До 2 мН

Наносклерометрия – измерение твердости на основании анализа локальных деформаций (индентация и скрэтчинг)

Нанесение локальных деформаций (вдавливаний и царапин) с помощью алмазного острия и последующий их анализ путем сканирования поверхности (СЗМ исследование) лежат в основе метода определения локальной твердости материала. Конструкционно в Нанолаборатории ИНТЕГРА возможности наносклерометрии могут быть реализованы в двух вариантах: более жесткий (ИНТЕГРА + Hysitron TriboScope – нагрузка до 1Н) и менее жесткий (ИНТЕГРА с опцией наносклерометрии – нагрузка до 200 мН).

Измерение модуля упругости твердых и сверхтвердых материалов

В основе метода лежит использование пьезорезонансного зондового датчика камертонной конструкции с высокой изгибной жесткостью консоли (~104 Н/м), что позволяет использовать зонды с жесткостью в 1000 раз выше, чем жесткость стандартных зондов для АСМ. Данный метод является неразрушающим и позволяет проводить корректные измерения модуля упругости в диапазоне абсолютных значений от 50 до 1000 ГПа. При этом минимальный размер участка для измерений составляет порядка 200 нм. Среди прочего, метод позволяет корректно измерять модуль упругости пленок с минимальной толщиной 100-150 нм без привнесения влияния подложки. В рамках данного подхода можно картировать распределение модуля упргости по поверхности образца, т.е. получать СЗМ изображения, контраст в которых строится на основании локальных различий в величине модуля Юнга.

Измерение модуля упругости синтетических полимерных материалов методом атомно-силовой акустической микроскопии (АСАМ)

Метод АСАМ позволяет визуализировать (а с помощью силовой спектроскопии и измерить количественно) локальные различия в упругости синтетических полимерных материалов и изделий из них. В отличие от других методик СЗМ (например, отображения фазы , модуляции силы и т.д.), АСАМ дает возможность сравнивать величину модуля Юнга в гораздо более широком диапазоне значений, т.е. можно исследовать одновременно и достаточно твердые и достаточно мягкие материалы.

Измерение модуля упругости биологических объектов

Анализ зависимости деформации образца от приложенной нагрузки позволяет количественно определять модуль упругости и сравнивать этот показатель на разных участках образца. Использование зондов с «мягкой» балкой – константа жесткости 10^-2-10^-1 Н/м – позволяет исследовать мягкие и очень мягкие образцы, например, живые клетки и ткани.