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纳米压痕仪技术原理及局限汇总

2021年04月06日 08:59

纳米压痕仪，被研究学家称作纳米压入仪，微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏的模量测试都需要用该仪器进行运作。除此之外，像有机材料、无机材料、软质材料、硬质材料也可用其进行检测分析。

　　纳米压痕仪的技术原理及局限性：

　　1、Oliver和Pharr法：这是较为常用的一种方法。硬度值可由最大加载载荷和压痕的残余变形面积求得，而试验所测得的载荷一位移曲线，可以从卸载曲线的斜率求出弹性模量。采用原始的硬度定义来进行材料的硬度和弹性模量计算而没有考虑纳米尺度上的尺寸效应是这个方法的不足之处。

　　2、Hainsworth法：由于卸载过程通常被认为是一个纯弹性过程，可以根据卸载后的压痕残余变形求出材料的硬度，或者从卸载曲线求出材料弹性模量。这两个方向主要适用于超硬薄膜或各向异性材料，但缺点是材料的塑性变形假设过于简单，缺乏有力的理论支持。

　　3、梯度随数变化理论：材料硬度H 依赖于被测材料的深度H，有压人压头之称，并且随着压人深度的减小而增大，因此具有尺度效应，适用于具有塑性的晶体材料。但该方法就是无法计算材料的弹性模量。

　　4、体积占比量法：主要用来计算薄膜或基体组合体系的硬度，但局限于试验研究方法，基体对薄膜力学性能的影响在试验的结果上不方便排除。

　　5、分子动力学模拟法：该方法是在原子尺度上去考虑每个原子上所受到作用力、键合能以及晶体晶格常量，并运用牛顿运动方程来模拟原子间的相互作用结果，局限性是只适用于原子尺度。

　　以上这五种原理是在各模式测试过程中会遇到的方法，每一种方法都体现纳米压痕仪与被测材料的关系，研究人员可根据不同的条件需求，正确选取测量方法。

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