Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

Özet

Bu deneysel protokol, atomik kuvvet mikroskobunun gerçek nanometre ölçeğinde sertliği ölçmek ve tek atomistik plastisite olaylarını tespit etmek için nasıl kullanılabileceğini açıklar.

Özet

Bu çalışmada, tek plastisite olaylarının atomistik çözünürlüğü ile bir Au(111) yüzeyinde aletli sertlik ölçümleri için genlik modülasyonlu temassız atomik kuvvet mikroskobu ve atomik kuvvet spektroskopisinin bir kombinasyonu uygulanmıştır. Kuvvet sensörü seçimini, kalibrasyonunu, konsol sapma algılama sisteminin kalibrasyonunu ve doğru ve tekrarlanabilir kuvvet-mesafe ölçümleri için aletsel kaymanın en aza indirilmesini içeren dikkatli bir deneysel prosedür açıklanmaktadır. Ayrıca, kaydedilen kuvvet-mesafe eğrilerinden kuvvet-penetrasyon eğrilerinin çıkarılmasına izin veren veri analizi için bir yöntem sunulmuştur. Tipik bir eğri, bir ila iki Burger vektörü aralığında bir uzunluk ile ilk plastisite olayına veya pop-in'e kadar net bir elastik deformasyon rejimi gösterir. Daha sonraki plastisite olayları aynı büyüklüğü sergiler. Plastisite çalışması, ölçümlerden daha fazla çıkarılır. Son olarak, sertlik, kalan girintilerin temassız atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri kullanılarak girinti eğrisi ile birlikte belirlenir.

Giriş

Son 150 yıldır, sertlik değerleri, malzemelerin mekanik davranışlarını karakterize etmek ve çeşitli yükleme koşulları altındaki performanslarını tahmin etmek için kullanılmaktadır. Bir malzemenin sertliği, yüzeyinin daha sert bir girintinin nüfuz etmesine karşı direncini tanımlar. Metalik malzemeler için sertlik, plastik akışa karşı dirençle ilgilidir.

Sertlik testinin uygulanmasının nispeten kolay olduğu kanıtlanmış olsa da, elde edilen sonuçlar uzun süredir oldukça ampirik olmuştur ve bu da onları araştırılan malzemenin içsel özelliklerini tanımlayamaz hale getirmektedir. Sertlik testi sonuçlarının ampirik doğası, her biri farklı bir beli....

Protokol

1. Enstrümantal Kurulum ve Kalibrasyon

1. Enstrümantal kurulum
   1. _0,1 ≥ 180 kHz, bir kalite faktörü Q ≥ 300 ve bükülme sertliği k ≥ 40 N / m f ilk serbest rezonans frekansı ile tipi DT-NCLR veya CDT-NCLR bir sert elmas kaplı konsol kullanın.
   2. AFM üreticisi tarafından sağlanan bir sıkıştırma tutucu üzerine seçilen konsol monte edin. uzun eksen AFM hızlı tarama yönüne dik olacak şekilde konsol yerleştirmek için özel özen gösterin. Alternatif olarak, iki bileşenli epoksi yapıştırıcı kullanarak AFM üreticisi tarafından sağlanan bir konsol tutucu üzerine konsol tutkal.

Sonuçlar

Bu çalışmada, konsol k eğilme sertliği geometrik kiriş teorisi ¹⁹ göre hesaplanmıştır. Bu çalışmada kullanılan özel elmas kaplı konsol için, k = 55,69 N / m bulundu. Biz elmas kaplama ihmal unutmayın; Elmas Kaplamanın kalınlığı (onun Young modülü silikon önemli ölçüde daha büyük olmasına rağmen) önemli ölçüde bükülme sertliğini artırmaz, böylece konsol kalınlığından daha küçük iki büyüklük, bir ve.

.......

Tartışma

Bir yöntem olup, bir elmas kaplanmış AFM ucu olan bir Au (111) üzerinde, ince film yüzeyine girinti bir dizi gerçekleştirmek için sunulmuştur. Temassız AFM görüntüleme ve AFM girinti aynı kuvvet sensörü ile yapılmıştır. Temassız görüntüleme için şartlar _0,1 ≥ 180 kHz ve AFM çentiğe yüksek kalite faktörü Q ≥ 300 F yüksek bir ilk serbest rezonans frekansı olan, dikey kuvvet çeşitli mikro-newton aralığındadır uygulanacak ve yüksek bükülme sertliğine sahip bir konsol gereklidir. konsol .......

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
AFM XE-100	Park Instruments	, üretimi durdurulan	Atomik kuvvet mikroskobu
CDT-NCLR	NanoSensörler	CDT-NCLR	İletken elmas kaplı temassız kol
100 nm kalınlığında Au(111) Mika	Phasis		20020011 atomik olarak pürüzsüz altın ince film

üzerinde ince film