扫描探针显微镜在纳米力学测试中的应用

unht

2017/09/30

私聊

扫描探针显微镜SPM/AFM

扫描探针显微镜在纳米力学测试中的应用

一、什么是扫描探针显微镜

扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope, SPM）是在扫描隧道显微镜基础上发展起来的各种新型探针显微镜的统称。是国际上近年发展起来的表面分析仪器，其分辨率高、实时、实空间、原为成像，对样品无特殊要求，可在大气、常温环境甚至溶液中成像，同时具备纳米操纵及加工功能等。广泛应用于纳米科技、材料科学、物理、化学和生命科学等领域，并取得许多重要成果。
二、扫描探针显微镜特点
1、 SPM具有极高的分辨率
2、 SPM得到的是实时的、真实的样品表面的高分辨三维图像。
3、 SPM可以观察单个原子层的局部表面结构。而不是体相或整个表面的平均性质。
4、 SPM使用环境宽松，可在大气、低温、常温、高温下工作。

三、扫描探针显微镜在纳米力学测试中原位成像的应用

下面以某系非晶材料为例，说一说扫描探针显微镜的具体应用

1、采用某公司超纳米压痕仪对非晶样品表面纳米压入

压入参数：

	加载速率(mN/min)	保载时间(S)	卸载速率(mN/min)	最大载荷（mN)
点1	60	10	60	30

加卸载曲线图(一)

通过SPM原位成像图（二、三）

SPM原位成像压痕图明显看到三角形边出现似有规律性台阶堆积现象，然而加载曲线比较光滑，丝毫没有异像。于是通过改变在加载速率

压入参数：

	加载速率(mN/min)	保载时间(S)	卸载速率(mN/min)	最大载荷（mN)
点2	3	10	60	30

加载曲线图（四）

SPM原位成像图（五、六）

四、结论
图（五、六）图（二、三）现象基本一致，然而采用低速率的加载曲线，出现了明显小平台，在排除外界震动等因素的情况下，我认为在采用仪器压入法研究材料的纳米力学性能时，常规加载速率很可能由于仪器的灵敏度导致无法捕捉到更多的微观信息，如果没有借助SPM成像（为什么没有推荐扫描电镜的原因，因为扫描电镜属于二次电子成像，无法得到样品表面凹凸高度信息）很可能就发现不了非晶材料的这种滑移等微观信息，不能更深入的研究材料的纳米力学性能。这就是为什么在仪器压入法进行纳米力学性能测试的时候引入SPM原位成像技术。
SPM在纳米尺度上是人类观察、改造世界的一种新工具，目前被广发应用于教学、科研及工业领域，特别是半导体集成电路、光盘工业、胶体化学、医疗检测、存储磁盘、电池工业、光学晶体等领域；随着SPM的不断发展，它正在进入食品、石油、地质、矿产及计量领域。

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