Name: 計装AFMインデンテーションによる定量硬度測定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: 学ぶAFMインデンテーションによる金薄膜のナノ硬度定量測定法。ナノメカニクスと材料科学の研究で、ナノスケールの塑性変形メカニズムを解明し、材料強度を評価する強力な手法です。

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1.インストゥルメンタルセットアップとキャリブレーション<ol><li> インストゥルメンタルセットアップ <ol><li> 0,1≥180 kHzの、品質係数Q≥300、および曲げ剛性k≥40 N / mのfは最初のフリー共振周波数にタイプDT-NCLRまたはCDT-NCLRの硬いダイヤモンド被覆カンチレバーを使用してください。 </li><li> AFMの製造元から提供されているクランプホルダーに選択されたカンチレバーをマウントします。その長軸がAFMの高速走査方向に対して垂直になるようにカンチレバーを配置するために特別な注意を払ってください。また、二成分エポキシ接着剤を使用して、AFMの製造元から提供されているカンチレバーホルダーにカンチレバーを接着。 </li><li> AFMヘッド上にカンチレバーホルダーをマウントし、AFMカンチレバーに集中するAFMシステムで通常利用可能な光学顕微鏡を使用しています。カンチレバーの長軸が高速走査方向に垂直であることを再確認してください。ない場合は、バックに行きますセクション1.1.2。 </li><li>それは、カンチレバーの最後に反映されるように、レーザービームの位置を合わせます。フォトダイオードの電圧の和を監視し、和信号を最大化するために微調整を行っています。典型的な和信号の値が2 [V]の範囲であります</li><li>縦と横方向の変位に対応する電圧がほぼゼロであるフォトダイオードの中心に反射されたレーザスポットを持参するように、ミラーの水平方向と垂直方向の傾斜角度を調整します。 </li></ol></li><li> 較正 <ol><li>カンチレバーの0,1 fの最初のフリーの曲げ共振を決定するために、周波数掃引を実行します。 </li><li> 19に従って計算カンチレバーkの曲げ剛性を決定します （1） <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq1.jpg" /> Eはヤング率でありcantilの幅wは、Lは 、カンチレバーの長さでありますこれまで、およびtは厚さです。この目的のために、よりよい精度のために、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡によるカンチレバーの長さと幅を測定します。によると、0,1 fはその最初のフリーの曲げ共振周波数からカンチレバーの厚さを計算します （2） <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq2.jpg" /> ここで、ρは質量密度です。 </li><li> AFMの設定メニューで実験に使用される特定のカンチレバー型用のフォトダイオードの感度のデフォルト値を選択します。 アプローチ]ボタンをクリックすることで、荷重Fで基準サンプルと接触さカンチレバー先端を持参のn = 10 nNの。 </li><li> AFMソフトウェアの力分光法メニューを開き、50 nmおよび0.3ミクロン/秒のzスキャナ後退/拡張にz軸スキャナの相対的な後退と拡張子を設定します。そう、力 - 距離曲線の記録はなります離れた試料表面から50 nmまでのzスキャナの後退の最初で構成し、同じ距離のアプローチや陥没の一連の。 </li><li>試料の変形の影響を回避するために、そのようなナノ結晶ダイヤモンドやサファイアなどの滑らかで非準拠表面上1.2.4で提案セットパラメータと力距離曲線を記録します。これを行うには、AFMソフトウェアの力分光法メニューの取得]ボタンをクリックします。 </li><li> AFMソフトウェアのキャリブレーションメニューで、線形関数と力 - 距離曲線の反発部分を取り付けます。フィッティングラインの逆勾配は、フォトダイオードの感度Sに相当します。 実行キャリブレーション]ボタンをクリックすることで、AFMソフトウェアのキャリブレーションメニューで、機器・ソフトウェアのデフォルト値に決定された値を代入します。 </li></ol></li></ol> 2.試料の調製注：THIで測定されたサンプルsの実験は、物理蒸着法によって雲母上に成長させた厚さ100nm、原子的に平滑な金（111）薄膜で構成されています。 <ol><li>両面カーボンテープを用いて、機器の製造元から提供されている磁気サンプルホルダーにサンプルをマウントします。カーボンテープをリラックスさせるように、測定中の試料のドリフトを回避するために、測定の前に1日のサンプルをマウントします。また、通常は数分以内に乾燥銀ペイント、とホルダーにサンプルをマウントします。 </li><li> X / Yスキャナ上に磁気試料ホルダーをマウントします。 </li></ol> 3.測定手順<ol><li>オフ共鳴し、これらの値が自動的にこの特定のカンチレバーのための機器・ソフトウェアによって設定されていることをA = 20 nmのノートでの振動振幅（この実験では、F = 190.67 kHz単位で）わずかに発振周波数を設定します。 セットポイント = 5 nmで手動で発振セットポイントを設定します。 </li><li>ドローAFMのステップモータを使用して、試料表面に向かってカンチレバー。力センサは、試料表面と衝突しないことを確認してください。粗アプローチの間に焦点が合ってカンチレバーを維持し、試料表面が完全な焦点になる前に粗大なアプローチを停止します。 </li><li>自動的にアプローチ]ボタンをクリックすることで力センサに近づきます。振動の振幅が設定値に達すると、先端は試料表面のトポグラフィーを走査する準備ができています。 </li><li> 5×5から1×1μm²に至るまでの領域上の地形の一連の画像を記録する（利用可能な場合は、X / Y-スキャナを傾けることによって地形信号の傾きを調整します）。同じ領域の連続した画像は、ドリフトの兆候を示さないこと、およびzスキャナの位置はほぼ一定に保たれていることを確認します。そうでない場合は、システムが安定するまで、撮影を続けます。 </li><li>システムが安定しており、滑らかな1×1μm²領域が発見されると、Fを引っ込めますORCEは後退ボタンをクリックすることで、試料表面から数マイクロメートルのセンサー。 </li><li>楽器メニューの力分光法モードを選択し、10nmの力セットポイントで、予め選択された1×1μm²エリアの中央に力センサを移動させます。それが一定になるまでのzスキャナの位置を監視します。 </li><li>中央予め選択された1×1μm²エリアの中心に対応する点の2×2のグリッドを選択します。 500 nmの2次隣接する点間の距離を設定します。 </li><li> 300ナノメートル/秒の速度で0から150 nmまで変化させると、同じ距離を同じ速度で後退さ相対スキャナ距離を設定します。試料表面に関してカンチレバーの傾斜角を考えると、φは、傾斜角20である垂直スキャナ拡張Z、中に日焼けφ×Zで横スキャナを移動させることでチルト補正を適用します。 注：いくつかのinstにrumentsは、彼らの力分光法やインデントモードでは、カンチレバーの傾きを占めます。これは、この研究で使用したAFMの場合です。 </li><li> AFMのインデントデータの取得を開始するために、機器のソフトウェアで開始ボタンを押してください。 </li><li> AFMの押込測定が完了した後、数マイクロメートル離れて試料表面からの力センサを後退させます。 </li><li>機器のソフトウェアメニューの非接触AFMモードイメージングを選択し、セクション3.1および3.2に記載されている手順を繰り返します。 </li><li>インデントの正確な位置を特定するために、3.3節と同様の1×1μm²表面積にわたってスキャンを実行します。 500×500nm²表面領域上にさらに表面スキャンは、より詳細に画像に残っているインデントを行うことができます。 </li></ol> 4.データ解析<ol><li> 画像処理 <ol><li>高速スキャンディレクトリ内の行を揃えるように記録された地形の画像を処理中央値の差に基づいてection。 Gwyddionの組み込み関数を使用してください。 </li></ol></li><li> Gwyddionのインデント解析機能を使用して、投影面積にインデントのPを計算します。 </li><li> Gwyddionの先端解析機能を用いてインデントのトポグラフィー画像からAFMチップの形状を推定します。そして、先端形状の画像を平均化し、平均先端形状の半開角αを測定します。 </li><li>力-距離曲線は、先端の変位を計算するδ13に従ってにより力-変位曲線に変換します （3） <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq3.jpg" /> ここで、Zは、相対的なスキャナの位置です。 </li><li>さて、先端の変位対力をプロットします。結果の曲線は、通常、原子論的可塑性のイベントに対応するいくつかの100午後の範囲の長さ、で、いわゆるポップインが表示されます。 thesというの最初を使用電子ポップインはエル 4δ弾性限界で先端の変位を決定します。 </li><li>ヘルツ機能21と力-変位曲線の弾性部分を取り付けます。 （4） <img alt="式4" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq4.jpg" /> Rは、先端半径であり、E &#39;*はで与え、弾力性の減少係数であります<img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq5.jpg" /> 、M S、Tはそれぞれ、サンプルの先端の押し込み弾性率であると。この場合には、適合パラメータであります<img alt="式6" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq6.jpg" /> 。 </li><li>フィット関数および実験曲線21の間の面積の差から塑性Wの可塑性の仕事を計算するように塑性政権にフィット機能を拡張します。 </li><li> 、1に係る試料の硬度を算出する2 （5） <img alt="式（7）" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq7.jpg" /> そして （6） <img alt="式8" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq8.jpg" /> F nは、maxは最大荷重がある場合、pは 4.2節で計算されたインデントの投影面積は、αは、4.3節で計算された先端の半開角であり、δ エルは、最初の可塑性における先端変位でありますイベントは、δmaxは最大の先端変位（4.4節を参照）です。 </li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

この方法は、ダイヤモンドコーティングされたAFMチップのAu（111）薄膜の表面上に一連のくぼみを行うために提示されています。非接触AFM画像及びAFMのインデントは、同一の力センサを用いて行きました。非接触イメージングのための要件は0,1≥180キロヘルツとAFMのインデントに高い品質係数Q≥300 fが高い第一の自由共振周波数であり、適用される垂直方向の力は、いくつかのマイクロニュートンの範囲でありますそして、高い曲げ剛性を有するカンチレバーが必要です。カンチレバー先端の付加的な要件は、機械的に安定であり、耐摩耗性であることです。これらの要件は、ダイヤモンド被覆カンチレバーによって満たされます。この実験では、タイプCDT-NCLRのカンチレバーを選択しました。 ここに示された結果は、十分に再現性があることが見出されています。具体的には、非接触AFM像における窪みの形状を測定担当者時不変ですetition、および対応する力 - 変位曲線は非常に良好なオーバーラップを示しています。しかし、良好な再現性を確保...

過去150年間、硬度値は材料の機械的挙動を特徴づけ、さまざまな荷重条件下での性能を予測するために使用されてきました。材料の硬度は、硬い圧子の浸透に対するその表面の抵抗を表します。金属材料の場合、硬度は塑性流動に対する抵抗に関係します。
硬さ試験の実施は比較的容易であることが証明されていますが、得られた結果は長い間かなり経験的なものであり、調査された材料の本質的な特性を説明することができませんでした。硬さ試験結果の経験的性質は、さまざまな圧子形状を使用した結果であり、それぞれが異なる確立された硬度スケールを持っています。しかし、球状圧子のブリネル硬さ(HB)試験や、異なるタイプの四角錐のビッカース硬さ(HV)およびヌープ(HK)硬さ試験など、すべての経験的硬さスケールには共通点があります:硬さの数値は、残りの圧子の発達領域に対する適用荷重の比から決定されます。金属の硬度をその基本的な機械的特性に関連付ける試みとして、球状圧子で測定された硬度は、残りのくぼみの投影面積に対する加えられた荷重の比率として定義されています。この硬度値は、マイヤー硬度(H)とも呼ばれ、平均接触圧力に等しく、非加工硬化金属の降伏強度に直接関係しています1。
硬さ試験は長い間マクロスケールに限定されており、その場合、くぼみのサイズは光学的手段によって測定されてきました。力-変位曲線が記録される計装インデントの開発は、材料の硬度を決定するための貴重な代替手段として認識されていますが、残りのインデントのサイズが小さすぎて正確に画像化できない場合があります。この場合、インデントの投影面積は、いわゆる圧子面積関数2に従って先端変位から計算されます。この開発により、力-変位曲線の曲率の解析や、ポップイン形状の明確な塑性事象の発生の解析は、ナノインデンテーション3などによるマイクロメートルスケールでの塑性変形のメカニズムの研究に広く利用されるようになりました。
金属の塑性変形の担体、すなわち転位がナノメートルスケールで作動することはよく受け入れられています。それらの動作モードを原子レベルで理解するためには、原子分解能を持つ新しい実験技術が必要です。ナノメートルサイズの単一凹凸と異なる配向の単一結晶Au表面との間の界面における原子可塑性事象の初期調査は、界面力顕微鏡(IFM)4、5によって行われてきた。原子間力顕微鏡(AFM)インデンテーションは、KBr(100)単結晶6、Cu(100)7、およびAu(111)8、9の単一転位の核形成と滑走を観察するために適用されています。そこでは、原子論的可塑性事象がポップインの形で観察され、長さは1 Åの範囲でした。AFMインデンテーションは、マイカ10上に成長した金ナノアイランドのナノ硬度と弾性を測定するためにも使用されています。この研究では、ナノ硬度がバルク値よりも小さいことを発見し、インデンテーション領域に直線的に依存することが観察されました。また、ダイヤモンド先端サファイアカンチレバー11によるAFMインデントにより、溶融石英およびシリコンなどの硬質表面の硬さを決定するための詳細な測定プロトコルが提案されている。 特に、この方法は、大きなカンチレバー偏向12に対する感光性偏向検出器の非線形性を考慮に入れている。最近では、AFMインデンテーションと非接触AFMイメージングを組み合わせて、Pt(111)単結晶表面とPtベースの金属ガラス13の硬さと塑性変形の基本メカニズムを定量的に決定しています。Pt(111)については、ナノメートルスケールでの塑性変形メカニズムが、より大きなスケールで確立された離散メカニズムと一致することがわかりました。さらに、金属ガラスのナノメートルスケールの塑性変形は離散的ではなく、むしろ連続的で、インデントチップの周囲に高度に局在していることがわかりました。これらの結果から、金属ガラスはサイズ限界が低く、それ以下ではインデンテーションによってせん断変態機構が作動しないことが明らかになりました。AFMインデンテーションは、生物学的サンプル(コラーゲン原線維など)14、ポリマー15、およびコロイド結晶16の硬度値を決定するためにも使用されてきた。
現在の作業では、力センサーの選択、その較正、カンチレバー偏向検出システムの較正、および正確で再現性のある力-距離測定のための機器ドリフトの最小化を含む慎重な実験手順が説明されています。また、記録された力-距離曲線から力-貫通曲線を抽出できるデータ解析の方法が提示されます。さらに代表的な結果を示し、小体積の塑性変形の分野における最近の知見に照らして説明します。
この実験では、原子間力顕微鏡(AFM)を使用しました。AFMの基礎は、微細加工された力センサー(通常はカンチレバービーム)であり、先端には半径が数ナノメートルの範囲にある鋭い先端があります。この実験に使用した装置の特定の構成では、カンチレバーは圧電Zスキャナーに取り付けられ、調査対象のサンプルは圧電X/Yスキャナーに取り付けられます。AFMイメージング中、力センサーの先端をサンプル上でスキャンし、フックの法則に従ってカンチレバーのたわみをもたらすサンプル表面との相互作用力を登録します。カンチレバーの静的または動的なたわみは、レーザーダイオード、一連のミラー、およびカンチレバーのたわみを電圧に変換するフォトダイオードで構成される光ビームたわみ検出器で測定できます。イメージング中、フォトダイオードの信号はフィードバックループによって制御され、サンプル表面での相互作用力を維持します。これにより、Zスキャナーの位置が調整され、トポグラフィー画像として記録・表示されます。
>jove_content<以下で説明する実験の前提条件は、原子間力顕微鏡の圧電スキャナーが十分に校正されていること、および機器が実験室に一定の温度と湿度レベルで留まっていることです。読者は、原子間力顕微鏡のモデルによっては、実験手順のステップの一部を変更する必要がある場合があることに注意する必要があります。特に、すべての測定は、スキャナーの範囲を「小」に設定した後に実行されます。この機能により、X/Yスキャナーの範囲を5 x 5 μm²に、Zスキャナーの範囲を4 μmに縮小することが可能になり、小さなスケールでの解像度が保証されます。この機能は、すべての商用AFMで使用できるわけではなく、テキストの残りの部分で言及されていません。
データ分析には、無料のSPMデータ分析ソフトウェアGwyddion17とMatlabソフトウェアパッケージ18の使用が推奨されます。
このプロトコルは、AFMによる計装化された硬さ測定を行うために従うべき実験手順の説明を提供します。市販のAFMの取り扱いはモデルごとに異なる場合があるため、詳細な設定手順とソフトウェア情報については、AFMメーカーが提供するマニュアルを参照してください。次のテキストでは、説明されている実験を再現するために、読者がここで使用される特定のAFMの取り扱いに精通していることを前提としています。

<table><tbody><tr><td>AFM XE-100</td><td>パークインスツルメンツ</td><td>販売終了</td><td>原子間力顕微鏡</td></tr><tr><td>CDT-NCLR</td><td>ナノセンサー</td><td>CDT-NCLR</td><td>導電性ダイヤモンドコーティング非接触レバー</td></tr><tr><td>100nm厚 Au(111) 薄膜 Mica</td><td>Phasis</td><td>20020011</td><td>原子的に滑らかな金薄膜</td></tr></tbody></table>

計装afmインデンテーションによる定量硬度測定

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

この研究では、振幅変調された非接触原子間力顕微鏡法と原子間力分光法の組み合わせを、単一の塑性イベントの原子分解能を持つAu(111)表面の計装化された硬さ測定に適用します。力センサの選択、その校正、カンチレバーたわみ検出システムの校正、および正確で再現性のある力-距離測定のための機器ドリフトの最小化を含む、慎重な実験手順について説明します。また、記録された力-距離曲線から力-貫通曲線を抽出できるデータ解析の方法が提示されます。典型的な曲線は、最初の塑性イベント(ポップイン)まで、1〜2バーガーベクトルの範囲の長さで明確な弾性変形領域を示します。その後の可塑性事象も同じ大きさを示します。可塑性の仕事は、測定値からさらに抽出されます。最後に、硬度は、残りのくぼみの非接触原子間力顕微鏡画像を使用して、くぼみ曲線と組み合わせて決定されます。

この研究では、カンチレバーkの曲げ剛性は、幾何学的なビーム理論19に従って算出しました。この作業で使用される特定のダイヤモンド被覆カンチレバーのために、我々はK = 55.69 N / mのを見つけました。我々はダイヤモンドコーティングを無視していることに注意してください。ダイヤモンドコーティングの厚さは、カンチレバーの厚さよりも小さい二桁のものであるので、（そのヤング率はシリコンのそれよりも有意に大きいが）かなりの曲げ剛性を増加させません。 試料の変形の影響を回避するために、フォトダイオードの感度は、ヤング率E = 759 GPaの22滑らかなナノ結晶ダイヤモンド表面に予め較正力センサを力-距離曲線を記録することによって決定しました。力信号は、（ボルト単位でphotodioの単位を記録しましたド信号）と、先端変形や損傷を避けるために、反発力の小さな範囲に...

この実験プロトコルは、原子間力顕微鏡がどのようにして真のナノメートルスケールでの硬さを測定し、単一の原子塑性イベントを検出するために使用できるかを説明しています。

計装AFMインデンテーションによる定量硬度測定

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

このAFMを用いた実験の全体的な目的は、金薄膜のナノ硬度を定量的に決定することです。この手法は、ナノスケールにおける材料強度という材料ナノメカニクス分野の重要な課題に対する解決の一助となり、塑性変形に関与するメカニズムの解明に役立ちます。本技術の利点は、高い空間分解能と力分解能を備えていることです。まず、1次自由共振周波数が180kHz以上、Q値が300以上、曲げ剛性が40 N/m以上の剛性の高いダイヤモンドコーティングカンチレバーを、AFMのクランプホルダーに取り付けます。カンチレバーホルダーをAFMヘッドに取り付け、レーザービームを調整し、周波数スイープを行ってカンチレバーの一次自由曲げ共振周波数を決定します。次に、AFMソフトウェアのセットアップメニューで、使用するカンチレバーの種類に応じたフォトダイオード感度のデフォルト値を選択します。ナノ結晶、ダイヤモンド、またはサファイアなどの、滑らかで非コンプライアントな表面を持つ試料を試料ホルダーに配置します。次に、AFMのステッピングモーターを使用して、カンチレバーをリファレンス試料の表面に向けて移動させます。粗アプローチの間はカンチレバーのフォーカスを維持し、試料表面への接触を避けるため、完全にフォーカスが合う直前で粗アプローチを停止してください。次に、アプローチボタンをクリックし、10 nano newtonsの負荷でカンチレバーチップをリファレンス試料に接触させます。フォーススペクトロスコピーメニューにおいて、zスキャナーの相対的なリトラクションおよびエクステンションを50 N/mに、zスキャナーのリトラクションおよびエクステンション速度を0.3 micrometers per secondに設定します。フォーススペクトロスコピーメニューのacquireボタンをクリックし、非コンプライアント表面でフォース距離曲線を記録します。ソフトウェアのキャリブレーションメニューで、フォース距離曲線の反発領域を線形関数でフィッティングし、execute calibrationボタンをクリックして決定した値をデフォルト値に代入します。サンプルを磁気サンプルホルダーに固定し、ホルダーをスキャナー上に配置します。サンプルの測定前に、振動周波数を共振点からわずかにずらした200.26 khzに、振動振幅を23.35 nmに設定します。その後、振動セットポイントとして5 nanometersを入力します。次に、AFMのステッピングモーターを使用して、カンチレバーを試料表面に向かって移動させます。粗アプローチ中はカンチレバーの焦点を合わせ続け、試料表面に接触するのを避けるため、完全にピントが合う前に粗アプローチを停止してください。その後、アプローチボタンをクリックして、フォアセンサーまで自動的にアプローチさせます。振動振幅が設定値に達したら、チップで試料表面のトポグラフィーをスキャンできる状態になります。5 µm × 5 µmから1 µm × 1 µmまでの範囲の領域で、一連のトポグラフィー像を記録します。必要に応じて、xyスキャナーを傾けてトポグラフィー信号の傾斜を調整してください。同一領域の連続した画像にドリフトの兆候がなく、zスキャナーの位置がほぼ一定であることを確認してください。この手順を行う際は、装置のドリフトを最小限に抑えることが重要です。そのためには、測定前に、インデントを行う領域の連続的なイメージングを実施することが有効です。システムが安定し、滑らかな1 µm四方の領域が見つかったら、リトラクトボタンをクリックして、フォアセンサーを試料表面から数 µm後退させます。次に、フォア分光モードを選択し、フォアセットポイントを10 nmに設定して、フォアセンサーを事前に選択した1 µm四方の領域の中央に移動させます。zスキャナーの位置が一定になるまで監視してください。あらかじめ選択した領域の中心に対応する2×2の点格子のグリッドを選択し、隣接する2点間の距離を500 nanometersに設定します。また、相対スキャナー距離を300 nanometers per secondの速度で0から150 nanometersまで移動させ、その後、同じ距離を同じ速度で後退するように設定します。他で述べられている通り、垂直スキャナーの伸長距離をzとし、横方向スキャナーをz × tangent pi（piは傾斜角）だけ移動させることで、傾斜補正を行います。この時点で、スタートボタンを押し、AFMインデンテーションデータの取得を開始します。AFMインデンテーション測定が完了したら、プローブを試料表面から数µm後退させます。その後、同じ1 µm四方の表面領域をスキャンし、インデントの正確な位置を特定します。残りの圧痕をより詳細に観察するため、500 by 500 nanometersの正方形領域にわたって追加のスキャンを行います。ここでは、金薄膜表面の非接触AFMトポグラフィー画像を示しています。この薄膜表面は、マイクロメートル範囲の粒子で構成されていることが分かりました。各粒子は、大きなテラスと単原子ステップで構成される原子レベルで平坦な金111表面を有しています。この金111表面に、最大垂直荷重 7.2 µN のAFMチップを用いて4回のインデント（圧痕形成）を行いました。2つの表面間のトポグラフィーの差から、表面への主要な変更はインデントのみであったことがわかります。各インデントの投影面積は、傷のない表面に対する負のタイポグラフィ値を用いて領域をマスキングすることで測定できます。この情報から材料の硬度を算出できますが、弾性回復のため、値は過小評価される可能性があります。このビデオを視聴することで、2時間以内に、真のナノメートルスケールで金属材料の硬度を決定する方法を十分に理解することができます。この手順を行う際は、装置のドリフトを最小限に抑えることが重要です。そのためには、測定前に圧入する領域の連続的なイメージングを行うことが有効です。この手法の開発により、表面科学分野の研究者が固体材料における塑性変形の原子論的メカニズムを探索する道が開かれました。

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工学

細胞外マトリックスの剛性が強く、接着細胞の複数の動作に影響を与えます。マトリックスの剛性は、組織全体に空間的に変化し、様々な疾患状態の修正を受ける。ここでは、原子間力顕微鏡のmicroindentationを使用して、通常と線維化マウスの肺組織における剛性の空間的な変動を特徴付けるための方法を開発する。...

原子間力顕微鏡を用いた肺組織のマイクロメカニカル特性

出典:Canovic, E. P., et al.原子間力顕微鏡、衝撃インデンテーション、およびレオメトリーを使用した脳組織のマルチスケールの機械的特性の特性評価。J. Vis. Exp.

原子間力顕微鏡を用いたマウス脳組織の機械的特性の評価

本論文では、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて、microindentationにより、生きた細胞の機械的性質を特徴づけるためのプロトコルを示しています。...

原子間力顕微鏡を用いた生細胞の機械的特性を測定する

私たちは、ミクロ、メソ、マクロスケールで脳の粘弾性力学的特性を特徴づける一連の技術を提示します。...

原子間力顕微鏡、インパクトインデント、およびレオを使用した脳組織のマルチスケール力学的性質を特徴づけます

ここでは、細胞や組織に対してナノ・マイクロインデントツールとして動作する原子力顕微鏡(AFM)を紹介する。器械はサンプルの3D表面の地形および細胞壁ヤングの係数およびターゴール圧力を含む機械特性の同時獲得を可能にする。...

原子間力顕微鏡を用いて植物細胞と植物組織の機械的特性とターゴール圧を測定

原子間力顕微鏡(AFM)片持ち体先端へのプローブ分子の共有結合は、その物理的性質を調査する上で不可欠な技術である。これにより、AFMベースの単一分子力分光法を介して、高い再現性を持つ伸縮力、脱着力、ポリマーの長さを決定することができます。...

AFMベースの力分光法のための単一分子の共有結合

原子間力顕微鏡(AFM)を用いて関節軟骨における細胞レベルにおける変形性関節症の初期変化を調べる方法を紹介する。...

早期変形性関節症の検出に対する原子間力顕微鏡の応用

このプロトコルは、ヒドロゲルや細胞を含むソフトマテリアルナノインデンテーション実験のための完全なワークフローを提供します。まず、力分光法データを取得するための実験手順が詳述されています。次に、そのようなデータの分析は、GitHubから無料でダウンロードできる新しく開発されたオープンソースのPythonソフトウェアを通じて詳細に説明されます。...

ソフトマターナノインデンテーションの実験・データ解析ワークフロー

原子間力顕微鏡のマイクロインデンテーションに関連する最も一般的な問題を特定し、対処するための段階的なアプローチを紹介します。私たちは、変形性関節症によるさまざまな程度の変性を特徴とする天然のヒト関節軟骨外植片の新たな問題を例示しています。...

原子間力顕微鏡を用いたヒト関節軟骨外植片のマイクロインデンテーションにおける実用的課題への対処

原子間力顕微鏡(AFM)プローブチップが試料表面に与える接触面積と力を定量化することで、ナノスケールの機械的特性測定が可能になります。弾性率やその他のナノ機械的特性を測定するために、柔らかいサンプルと硬いサンプルの空気または流体にAFMカンチレバーベースのナノインデンテーションを実装するためのベストプラクティスについて説明します。...

原子間力顕微鏡カンチレバーを用いたナノインデンテーション:空気および流体中のナノスケールでの機械的特性測定

学ぶAFMインデンテーションによる金薄膜のナノ硬度定量測定法。ナノメカニクスと材料科学の研究で、ナノスケールの塑性変形メカニズムを解明し、材料強度を評価する強力な手法です。

計装AFMインデンテーションによる定量硬度測定

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