Cuantitativa de la dureza de medición por instrumentado AFM-muesca

Resumen

Este protocolo experimental describe cómo se puede utilizar la microscopía de fuerza atómica para medir la dureza a escala nanométrica real y para detectar eventos de plasticidad atomística individuales.

Resumen

En este trabajo, se aplica una combinación de microscopía de fuerza atómica sin contacto modulada en amplitud y espectroscopía de fuerza atómica para mediciones de dureza instrumentadas en una superficie de Au(111) con resolución atomística de eventos de plasticidad individuales. Se describe un cuidadoso procedimiento experimental que incluye la selección del sensor de fuerza, su calibración, la calibración del sistema de detección de deflexión en voladizo y la minimización de la deriva instrumental para mediciones de fuerza-distancia precisas y reproducibles. Además, se presenta un método para el análisis de datos que permite la extracción de curvas de fuerza-penetración a partir de curvas de fuerza-distancia registradas. Una curva típica muestra un régimen de deformación elástica claro hasta el primer evento de plasticidad, o pop-in, con una longitud en el rango de uno a dos vectores de Burger. Los eventos de plasticidad posteriores exhiben la misma magnitud. El trabajo de plasticidad se extrae aún más de las mediciones. Finalmente, la dureza se determina en combinación con la curva de indentación utilizando imágenes de microscopía de fuerza atómica sin contacto de las indentaciones restantes.

Introducción

Durante los últimos 150 años, los valores de dureza se han utilizado para caracterizar el comportamiento mecánico de los materiales y predecir su rendimiento bajo diversas condiciones de carga. La dureza de un material describe la resistencia de su superficie a la penetración de un penetrador más duro. En el caso de los materiales metálicos, la dureza se relaciona con la resistencia al flujo de plástico.

Aunque la implementación de las pruebas de dureza ha demostrado ser relativamente fácil, los resultados obtenidos han sido durante mucho tiempo bastante empíricos, lo que los hace incapaces de describir las propiedades intrínsecas del mater....

Protocolo

1. Conjunto Instrumental en marcha y calibración

1. Instrumental puesta a punto
   1. Use un voladizo rígido con recubrimiento de diamante del tipo DT-NCLR o CDT-NCLR con una primera frecuencia de resonancia f libre _0,1 ≥ 180 kHz, un factor de calidad Q ≥ 300, y una rigidez a la flexión k ≥ 40 N / m.
   2. Montar el voladizo seleccionado en un soporte de sujeción proporcionado por el fabricante AFM. Tenga especial cuidado para colocar el voladizo de tal manera que su eje longitudinal es perpendicular a la dirección de exploración rápida de la AFM. Alternativamente, pegar el v....

Resultados

En este trabajo, la rigidez a la flexión del voladizo k se calcula de acuerdo con la teoría de la viga ¹⁹ geométrica. Para el cantilever con recubrimiento de diamante particular utilizado en este trabajo, encontramos k = 55,69 N / m. Tenga en cuenta que hemos descuidado el revestimiento de diamante; el espesor de la capa de diamante es de uno a dos órdenes de magnitud menor que el espesor en voladizo y por lo tanto no aumenta de manera significativa su resist.......

Discusión

Un método ha sido presentado para la realización de una serie de muescas en Au (111) de superficie de película delgada con una punta de AFM con recubrimiento de diamante. Sin contacto AFM de imágenes y la sangría AFM se realizaron con el mismo sensor de fuerza. Los requisitos para la formación de imágenes sin contacto son una gran primera frecuencia de resonancia f libre de _0,1 ≥ 180 kHz y un alto factor de calidad Q ≥ 300. En AFM sangría, la fuerza vertical que se aplica es del ord.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
AFM XE-100	Park Instruments	descatalogado	Microscopio de fuerza atómica
CDT-NCLR	NanoSensors	CDT-NCLR	Palanca conductora sin contacto recubierta de diamante
100 nm de espesor Película delgada de Au(111) sobre Mica	Phasis	20020011	película delgada de oro atómicamente lisa

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