Medição de dureza quantitativa por Instrumented AFM-recuo

Resumo

Este protocolo experimental descreve como a microscopia de força atômica pode ser usada para medir a dureza na escala nanométrica verdadeira e para detectar eventos de plasticidade atomística única.

Resumo

Neste trabalho, uma combinação de microscopia de força atômica sem contato modulada em amplitude e espectroscopia de força atômica é aplicada para medições de dureza instrumentada em uma superfície Au(111) com resolução atomística de eventos de plasticidade única. É descrito um procedimento experimental cuidadoso que inclui a seleção do sensor de força, sua calibração, a calibração do sistema de detecção de deflexão do cantilever e a minimização do desvio instrumental para medições precisas e reprodutíveis de distância de força. Além disso, é apresentado um método para a análise de dados que permite a extração de curvas de força-penetração de curvas de força-distância registradas. Uma curva típica exibe um regime de deformação elástica claro até o primeiro evento de plasticidade, ou pop-in, com um comprimento na faixa de um a dois vetores de Burger. Eventos de plasticidade posteriores exibem a mesma magnitude. O trabalho de plasticidade é extraído ainda mais das medições. Finalmente, a dureza é determinada em combinação com a curva de indentação usando imagens de microscopia de força atômica sem contato dos recuos restantes.

Introdução

Nos últimos 150 anos, os valores de dureza têm sido usados para caracterizar o comportamento mecânico dos materiais e prever seu desempenho sob várias condições de carga. A dureza de um material descreve a resistência de sua superfície à penetração de um penetrador mais duro. Para materiais metálicos, a dureza está relacionada à resistência ao fluxo de plástico.

Embora a implementação do teste de dureza tenha se mostrado relativamente fácil, os resultados obtidos têm sido bastante empíricos, tornando-os incapazes de descrever as propriedades intrínsecas do material investigado. A natureza empírica dos resultados dos testes de dureza tem sid....

Protocolo

1. Instrumental Set-up e Calibração

1. Instrumental set-up
   1. Use um cantilever diamantada rígida do tipo DT-NCLR ou CDT-NCLR com uma primeira frequência de ressonância livre f _0,1 ≥ 180 kHz, um fator de qualidade Q ≥ 300, e uma rigidez de flexão k ≥ 40 N / m.
   2. Monte o cantilever selecionado em um suporte de fixação fornecido pelo fabricante do AFM. Tome especial cuidado para colocar o braço de suporte de tal modo que o seu eixo longitudinal é perpendicular à direcção de exploração rápida da AFM. Em alternativa, a cola cantilever sobre um suporte em consola fornecida pelo fabr....

Resultados

Neste trabalho, a rigidez de flexão do cantilever K foi calculado de acordo com a teoria de feixe ¹⁹ geométrica. Para o particular cantilever revestido de diamante utilizado neste trabalho, encontramos k = 55,69 N / m. Note que nós negligenciado o revestimento de diamante; a espessura do revestimento de diamante é de uma a duas ordens de grandeza menor do que a espessura do braço de suporte e, assim, não aumenta significativamente a sua rigidez à flexão (embo.......

Discussão

Um método tem sido apresentado para a realização de uma série de recortes em uma Au (111) da superfície de película fina com uma ponta de AFM de diamante-revestido. Sem contacto de imagem AFM e recuo AFM foram realizados com o mesmo sensor de força. Os requisitos para a imagem sem contato são uma primeira frequência de ressonância de alta f _0,1 ≥ 180 kHz e um fator de alta qualidade Q ≥ 300. Em AFM recuo, a força vertical a ser aplicada é na faixa de vários micro-newtons, e um braço de supor.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
instrumentos do parque	AFM XE-100	interromperam	microscópio atômico
CDT-NCLR	NanoSensors	CDT-NCLR	do diamante condutor revestiu a alavanca do não-contato
fino de 100 nanômetro grosso do Au (111) na fase de mica		20020011	filme fino atomicamente liso do ouro

Os de o filme