Name: Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: Keşfedin atomik kuvvet mikroskobu ile altın ince filmlerin nano sertliğini ölçme yöntemini. Bu teknik, nanometre ölçeğinde malzeme dayanımını ve plastik deformasyon mekanizmalarını anlamak için kritik öneme sahiptir.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

A.C. finansal desteği için KoreaTech'e minnettardır.

1. Enstrümantal Kurulum ve Kalibrasyon <ol><li> Enstrümantal kurulum <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> AFM kafasına üzerine konsol tutucu monte edin ve AFM konsol üzerinde durulması AFM sistemi ile normalde mevcut optik mikroskop kullanıyoruz. konsol uzun ekseni hızlı tarama yönüne dik olduğunu iki kere kontrol edin. Değilse, geri dönmekBölüm 1.1.2. </li><li> bu konsolun sonunda yansır ve böylece lazer ışını aynı hizaya getirin. fotodiyot gerilim toplamı Monitör ve toplam sinyalini en üst düzeye çıkarmak için bir ince ayar yapmak. Tipik toplamı sinyal değerleri 2 V aralığında </li><li> düşey ve yatay değiştirmesine karşılık gelen gerilimleri neredeyse sıfır fotodiyot, merkezine yansıyan lazer nokta getirmek amacıyla aynanın yatay ve dikey eğim açıları ayarlayın. </li></ol></li><li> ayarlama <ol><li> Konsolun 0,1 f ilk serbest bükülme rezonans belirlemek için bir frekans taraması gerçekleştirin. </li><li> 19&#39;a göre hesaplanan dirsekli k bükülme sertliğini belirlemek (1) <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq1.jpg" /> E, Young oran olduğu Cantil genişliği W, L, konsol uzunluğuŞimdiye kadar, ve t kalınlığının olduğunu. Bu amaçla, daha iyi doğruluk için optik mikroskop ya da taramalı elektron mikroskobu ile konsol uzunluğu ve genişliği ölçün. Göre, 0,1 f ilk serbest bükülme rezonans frekansından konsolun kalınlığını hesaplamak (2) <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq2.jpg" /> burada ρ kütle yoğunluğudur. </li><li> Özellikle konsol türü için fotodiyot duyarlılık varsayılan değeri seçin AFM kurmak menüsünde deney için kullanılacak. Yaklaşım butonuna tıklayarak 10 nN bir yük F referans numune ile temas konsol ucu getir n =. </li><li> AFM yazılımı kuvvet spektroskopisi menüsünü açın ve 50 nm ve 0.3 mm / saniyeye z-tarayıcı geri çekilme / uzantısı z-tarayıcının göreceli geri çekilmesini ile uzantısı ayarlayın. Böylece kuvvet-mesafe eğrisi kayıt olacak yapıyoruzaklıkta numune yüzeyinden ve daha sonra aynı mesafe yaklaşım ve geri çekme dizisi, 50 nm&#39;ye kadar, Z-tarayıcı bir geri çekme ilk oluşmaktadır. </li><li> numune deformasyonu etkileri önlemek için, bu tür nano kristalin elmas veya safir gibi pürüzsüz ve uyumlu olmayan bir yüzeye 1.2.4 önerilen grubu parametreleri ile bir güç bir mesafe eğrisi kaydedilir. Bunu yapmak için AFM yazılım kuvvet spektroskopisi menüsünde acquire butonuna tıklayın. </li><li> AFM yazılım kalibrasyon menüsünde, bir lineer fonksiyonu ile kuvvet-mesafe eğrisi itici kısmını takın. Uydurma hattının ters eğim fotodiyot duyarlılık S karşılık gelir. Yürütmek Kalibrasyon düğmesini tıklayarak AFM yazılım kalibrasyon menüsünde cihaz yazılımının varsayılan değerine belirlenen değeri değiştirin. </li></ol></li></ol> 2. Numune Hazırlama Not: thi ölçülen numunedeneyiyle fiziksel buhar çöktürme sayesinde mika üzerinde büyütülmüş 100 nm-kalınlıkta, atomik olarak pürüzsüz Au (111) ince bir film oluşur. <ol><li> Çift taraflı C bant vasıtası ile cihaz üreticisi tarafından sağlanan manyetik bir numune tutucu üzerine örnek monte edin. Karbon bant dinlenmek edelim amacıyla ölçümler sırasında numune sürüklenmesini önlemek için, ölçümlerden önce örnek bir gün takın. Alternatif olarak, genellikle birkaç dakika içinde kurur gümüş boya ile tutucuya örnek monte edin. </li><li> X / Y tarayıcı üzerine manyetik örnek tutucu monte edin. </li></ol> 3. Ölçüm Prosedürü <ol><li> Off-rezonans ve bu değerler otomatik olarak bu özel konsol için cihaz yazılımı tarafından ayarlandığını A = 20 nm Not at salınım genliği (bu deney f = 190,67 kHz olarak) hafif salınım frekansı ayarlayın. Bir ayar noktası = 5 nm manuel salınım ayar noktasını ayarlayın. </li><li> ÇekmekAFM adım motor kullanılarak numune yüzeyine doğru konsol. kuvvet sensörü numune yüzeyi ile çarpışmak olmadığından emin olun. kaba yaklaşma sırasında odak konsol tutmak ve örnek yüzeyi mükemmel odakta önce kaba bir yaklaşım durdurun. </li><li> Otomatik yaklaşma butonuna basarak kuvvet sensörü yaklaşmaktadır. salınım genliği ayarlanan noktaya ulaştığında, uç örnek yüzeyinin topografya taramaya hazır. </li><li> 5 x 5 ila 1 x 1 μm² değişen alanlarda topografya görüntüleri bir dizi kaydedin (varsa, x / y-tarayıcı eğerek topografya sinyalinin eğimini ayarlamak). Aynı bölgede art arda görüntüler sürüklenme herhangi bir işaret sergilemek olmadığını ve z-tarayıcı pozisyonu neredeyse sabit kalır emin olun. Bu durum söz konusu değilse sistem stabilize oluncaya kadar, görüntüleme devam edin. </li><li> Sistem stabilize ve pürüzsüz 1 x 1 μm² alanı tespit edildikten sonra, f geriorce geri çekme düğmesine tıklayarak numune yüzeyinden birkaç mikrometre sensör. </li><li> Alet menüsünde kuvvet spektroskopisi modunu seçin ve 10 nm kuvvet set-noktası ile, önceden seçilmiş 1 x 1 μm² alanının ortasında kuvvet sensörü hareket ettirin. o sabit kalana kadar z-tarayıcının pozisyonunu izlemek. </li><li> merkez önceden seçilmiş 1 x 1 μm² alanının merkezine tekabül puan 2 x 2 ızgara seçin. 500 nm&#39;de iki sonraki komşu nokta arasındaki mesafeyi ayarlayın. </li><li> 300 nm / sn arasında bir hızla 0 150 nm arasında değişir göre tarayıcı bir mesafede bulunan ve aynı uzaklık boyunca aynı hızda geri çekilmesi için. Numune yüzeyine ilişkin konsolun eğim açısını göz önüne alındığında, φ eğim açısı 20 olan bir dikey tarayıcı uzantısı Z sırasında tan φ × Z yanal tarayıcıyı hareket ettirerek bir eğim düzeltme uygulamak. NOT: Bir kaç instruments kendi kuvvet spektroskopisi veya girinti modunda konsol tilt hesap; bu çalışmada kullanılan AFM için geçerli. </li><li> AFM girinti veri alma başlamak için cihaz yazılımı start düğmesine basın. </li><li> AFM girinti ölçümleri tamamlandıktan sonra, birkaç mikrometre uzakta numune yüzeyinden kuvvet sensörü geri çekin. </li><li> enstrüman yazılım menüsünde temassız AFM modu görüntüleme seçin ve Bölüm 3.1 ve 3.2 açıklanan prosedürü tekrarlayın. </li><li> yani girintiler tam konumunu bulmak için Bölüm 3.3 ile aynı 1 x 1 μm² yüzey alanı üzerinde bir tarama gerçekleştirin. 500 X 500 nm² yüzey alanı üzerine, başka bir yüzey tarama daha fazla ayrıntı görüntüsü kalan girintileri gerçekleştirilebilir. </li></ol> 4. Veri Analizi <ol><li> Görüntü işleme <ol><li> hızlı tarama dir çizgileri hizaya şekilde kaydedilmiş topografya görüntüleri işlemekmedyan farka dayalı ection. Gwyddion yerleşik işlevini kullanın. </li></ol></li><li> Yansıtılan parkı Gwyddion bir girinti analizi fonksiyonunu kullanarak girintiler bir p hesaplayın. </li><li> Gwyddion ucu analizi işlevini kullanarak girintiler topografyası görüntüleri AFM ucu şeklini tahmin edin. Sonra ucu şekli görüntüleri ortalama ve ortalama uç şekli yarım açılma açısı a&#39;yı ölçün. </li><li> Uç deplasman hesaplanması δ 13&#39;e göre göre kuvvet-deplasman eğrileri içine kuvvet mesafe eğrileri dönüştürme (3) <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq3.jpg" /> burada Z göreli tarayıcı konumudur. </li><li> Şimdi, ucu yerinden karşı kuvvet arsa. Nihai eğri, genellikle atomik plastisite olaylara karşılık gelen çok sayıda 100 um aralığında uzunluklara sahip olarak adlandırılan açılır bileşenleri gösterir. thes ilk kullanıne pop-ins el 4 δ elastik sınırında uç deplasman belirlemek için. </li><li> Hertz fonksiyonu 21 kuvvet-deplasman eğrisi elastik kısmını takın. (4) <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq4.jpg" /> R ucu yarıçapı ve E &#39;* tarafından verilen, elastisite azaltılmış modülü olan <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq5.jpg" /> M s, t sırasıyla, numunenin ve ucu girinti modülü olmak. Bu durumda, uygun bir parametredir <img alt="Denklem 6" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq6.jpg" /> . </li><li> Uygun fonksiyon ve deneysel eğri 21 arasındaki alansal farktan plastisite W plastisite çalışmalarını hesaplamak için plastisite rejimi içine uygun fonksiyon uzatın. </li><li> 1&#39;e göre olan 2 örnek sertliğini hesaplamak (5) <img alt="Denklem 7" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq7.jpg" /> ve (6) <img alt="Denklem 8" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq8.jpg" /> F n maksimum maksimal uygulanan yükü olduğu, p Kısım 4.2 hesaplanan girinti öngörülen bölge, α Bölüm 4.3&#39;te hesaplanan ucun yarım açılış açısı olduğunu, δ El ilk plastisite de ucu deplasman olduğunu olay, ve δ max maksimal uç deplasman (Bölüm 4.4 bakınız) &#39;dir. </li></ol>

<ol><li>Tabor, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTabor%2C+D+%22The+hardness+of+metals%22">The hardness of metals</a>. , Oxford University Press. (1951).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Nanoindentation%22">Nanoindentation</a>. Fischer-Cripps, A. C. , 2nd, Springer. New York. (2004).</li>
<li>Michalke, T. A., Houston, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dislocation+Nucleation+at+Nano-Scale+Mechanical+Contacts%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Dislocation Nucleation at Nano-Scale Mechanical Contacts.</a> Acta Mater. 46 (2), 391-396 (1998).</li>
<li>Kiely, J. D., Houston, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomechanical+Properties+of+Au%28111%29+%28001%29%2C+and+%28110%29+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Nanomechanical Properties of Au(111) (001), and (110) Surfaces.</a> Phys. Rev. B. 57 (19), 12588(1998).</li>
<li>Kiely, J. D., Jarausch, K. F., Houston, J. E., Russell, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Initial+Stages+of+Yield+in+Nanoindentation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Initial Stages of Yield in Nanoindentation.</a> J. Mater. Res. 14 (19), 2219-2227 (1999).</li>
<li>Egberts, P., Bennewitz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+Scale+Nanoindentation%3A+Detection+and+Indentification+of+Single+Glide+Events+in+Three+Dimensions+by+Force+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Atomic Scale Nanoindentation: Detection and Indentification of Single Glide Events in Three Dimensions by Force Microscopy.</a> Nanotechnology. 22 (42), 425703-1-425703-9 (2011).</li>
<li>Filleter, T., Bennewitz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanometer+Scale+Plasticity+of+Cu%28100%29%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Nanometer Scale Plasticity of Cu(100).</a> Nanotechnology. 18 (4), 044004-1-044004-4 (2007).</li>
<li>Asenjo, A., Jaafar, M., Carrasco, E., Rojo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dislocation+mechanisms+in+the+first+stage+of+plasticity+of+nanoindented+Au%28111%29+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Dislocation mechanisms in the first stage of plasticity of nanoindented Au(111) surfaces.</a> Phys. Rev. B. 73 (7), 075431(2006).</li>
<li>Paul, W., Oliver, D., Miyahara, Y., Gruetter, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimum+threshold+for+incipient+plasticity+in+the+atomic-scale+nanoindentation+of+Au%28111%29%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Minimum threshold for incipient plasticity in the atomic-scale nanoindentation of Au(111).</a> Phys. Rev. Lett. 110 (13), 135506(2013).</li>
<li>Kracke, B., Damaschke, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+nanohardness+and+nanoelasticity+of+thin+gold+films+with+scanning+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Measurement of nanohardness and nanoelasticity of thin gold films with scanning force microscope.</a> Appl. Phys. Lett. 77 (3), 361-363 (2000).</li>
<li>Sansoz, F., Gang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+force-mapping+method+for+quantitative+hardness+measurements+by+atomic+force+microscopy+with+diamond-tipped+sapphire+cantilevers%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">A force-mapping method for quantitative hardness measurements by atomic force microscopy with diamond-tipped sapphire cantilevers.</a> Ultramicroscopy. 111, 11-19 (2010).</li>
<li>Silva, E. C. C. M., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+approach+to+maximize+the+range+and+accuracy+of+force+application+in+atomic+force+microscopes+with+non-linear+position-sensitive+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnolgy%22%5BJournal%5D)">Robust approach to maximize the range and accuracy of force application in atomic force microscopes with non-linear position-sensitive detectors.</a> Nanotechnolgy. 17 (21), 5525-5529 (2006).</li>
<li>Caron, A., Bennewitz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lower+Nanometer-Scale+Size+Limit+for+the+Deformation+of+a+Metallic+Glass+by+Shear+Transformations+Revealed+by+Quantitative+AFM+Indentation%5BTitle%5D)+AND+%22Beilstein+J.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Lower Nanometer-Scale Size Limit for the Deformation of a Metallic Glass by Shear Transformations Revealed by Quantitative AFM Indentation.</a> Beilstein J. Nanotechnol. 6, 1721-1732 (2015).</li>
<li>Andriotis, O. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomechanical+assesment+of+human+and+murine+collagen+fibrils+via+atomic+force+microscopy+cantilever-based+nanoindentation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mech.+Behavior+Biomed.+Mater%22%5BJournal%5D)">Nanomechanical assesment of human and murine collagen fibrils via atomic force microscopy cantilever-based nanoindentation.</a> J. Mech. Behavior Biomed. Mater. 39, 9-26 (2014).</li>
<li>Bischel, M. S., Vanlandingham, M. R., Eduljee, R. F., Gillespie, J. W., Schultz, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+use+of+nanoscale+indentation+with+the+AFM+in+the+identification+of+phases+in+blends+of+linear+low+density+polyethylene+and+high+density+polyethylene%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">On the use of nanoscale indentation with the AFM in the identification of phases in blends of linear low density polyethylene and high density polyethylene.</a> J. Mater. Sci. 35 (1), 221-228 (2000).</li>
<li>Zhang, L., Wang, W., Zheng, L., Wang, X., Yan, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+characterization+of+mechanical+property+of+annealed+monolayer+colloidal+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Quantitative characterization of mechanical property of annealed monolayer colloidal crystal.</a> Langmuir. 32 (2), 451-459 (2016).</li>
<li>Nečas, D., Klapetek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gwyddion%3A+An+open-source+software+for+SPM+data+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Cent.+Eur.+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis.</a> Cent. Eur. J. Phys. 10 (1), 181-188 (2012).</li>
<li>Hahn, B. H., Valentine, D. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHahn%2C+BH+%22Essential+Matlab+for+Engineers+and+Scientists%22">Essential Matlab for Engineers and Scientists</a>. , 5th, Academic Press. (2013).</li>
<li>Nonnenmacher, M., Greschner, J., Wolter, O., Kassing, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+Force+Microscopy+with+Micromachined+Silicon+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+B%22%5BJournal%5D)">Scanning Force Microscopy with Micromachined Silicon Sensors.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 9 (2), 1358-1362 (1991).</li>
<li>Cannara, R. J., Brukman, M. J., Carpick, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cantilever+tilt+compensation+for+variable-load+atomic+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Cantilever tilt compensation for variable-load atomic force microscopy.</a> Rev. Sci. Instrum. 76 (5), 053706(2005).</li>
<li>Johnson, K. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJohnson%2C+KL+%22Contact+Mechanics%22">Contact Mechanics</a>. , Cambridge University Press. (1985).</li>
<li>Mohr, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Young%27s+Modulus%2C+Fracture+Strength%2C+and+Poisson%27s+Ratio+of+Nanocrystalline+Diamond+Films%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Young's Modulus, Fracture Strength, and Poisson's Ratio of Nanocrystalline Diamond Films.</a> J. Appl. Phys. 116 (12), 124308-1-124308-10 (2014).</li>
<li>Arnault, J. C., Mosser, A., Zamfirescu, M., Pelletier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+recovery+measurements+performed+by+atomic+force+microscopy+and+standard+nanoindentation+on+a+Co%2810.1%29+monocrystal%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Elastic recovery measurements performed by atomic force microscopy and standard nanoindentation on a Co(10.1) monocrystal.</a> J. Mater. Res. 17 (6), 1258-1265 (2002).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoindentation+measurements+of+the+mechanical+properties+of+polycrystalline+Au+and+Ag+thin+films+on+silicon+substrates%3A+Effect+of+grain+size+and+film+thickness%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+A%22%5BJournal%5D)">Nanoindentation measurements of the mechanical properties of polycrystalline Au and Ag thin films on silicon substrates: Effect of grain size and film thickness.</a> Mater. Sci. Eng. A. 457 (1-2), 232-240 (2006).</li>
<li>Lilleodden, E. T., Nix, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructural+length-scale+effects+in+the+nanoindentation+behavior+of+thin+gold+films%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Microstructural length-scale effects in the nanoindentation behavior of thin gold films.</a> Acta Mater. 54 (6), 1583-1593 (2006).</li>
<li>Corcoran, S. G., Colton, R. J., Lilleodden, E. T., Gerberich, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+plastic+deformation+at+surfaces%3A+Nanoindentation+of+gold+single+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Anomalous plastic deformation at surfaces: Nanoindentation of gold single crystals.</a> Phys. Rev. B. 55 (24), R16057(1997).</li>
<li>Van Vliet, K. J., Li, J., Zhu, T., Yip, S., Suresh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+early+stages+of+plasticity+through+nanoscale+experiments+and+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Phy.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Quantifying the early stages of plasticity through nanoscale experiments and simulations.</a> Phy. Rev. B. 67 (10), 104105(2003).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

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 ...

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 belirlenmiş sertlik ölçeğine sahip olan çeşitli girinti geometrilerinin kullanılmasının bir sonucu olmuştur. Bununla birlikte, küresel girintiler için Brinell sertlik (HB) testi ve farklı dört kenarlı piramit türleri için Vickers (HV) ve Knoop (HK) sertlik testleri gibi tüm ampirik sertlik ölçeklerinin ortak bir yanı vardır: sertlik numarası, uygulanan yükün kalan girintinin geliştirilen alanına oranından belirlenir. Metallerin sertliğini temel mekanik özellikleriyle ilişkilendirmek amacıyla, küresel bir girinti ile ölçülen sertlik, uygulanan yükün kalan girintinin öngörülen alanına oranı olarak tanımlanmıştır. Meyer sertliği (H) olarak da bilinen bu sertlik değeri, ortalama temas basıncına eşittir ve doğrudan sertleşmeyen metallerin1 akma dayanımı ile ilgilidir. 
Sertlik testi uzun süredir makro ölçekle sınırlıydı, bu durumda girintilerin boyutları optik yollarla ölçülmüştür. Kuvvet-yer değiştirme eğrilerinin kaydedildiği aletli girintinin geliştirilmesi, kalan girintinin boyutu doğru bir şekilde görüntülenemeyecek kadar küçük olsa da, bir malzemenin sertliğini belirlemek için değerli bir alternatif olarak kabul edilmiştir. Bu durumda, girintinin öngörülen alanı, girinti alanı fonksiyonu2 olarak adlandırılan bir şeye göre uç yer değiştirmesinden hesaplanır. Bu gelişme nedeniyle, kuvvet-yer değiştirme eğrilerinin eğriliğinin ve pop-in'ler şeklinde farklı plastisite olaylarının meydana gelmesinin analizi, nanoindentasyon3 gibi mikrometre ölçeğinde plastik deformasyon mekanizmalarını incelemek için artık yaygın olarak kullanılmaktadır.
Metallerdeki plastik deformasyon taşıyıcılarının, yani çıkıkların, nanometre ölçeğinde çalıştığı iyi kabul edilmektedir. Atomik düzeyde çalışma modlarını anlamak için, atomik çözünürlüğe sahip yeni deneysel tekniklere ihtiyaç vardır. Nanometre boyutundaki tek asperiteler ve farklı yönelimlere sahip tek kristalli Au yüzeyleri arasındaki arayüzlerdeki atomistik plastisite olaylarının ilk araştırmaları, arayüzey kuvvet mikroskobu (IFM)4, 5 ile gerçekleştirilmiştir. KBr(100) tek kristaller6, Cu(100)7 ve Au(111)8, 9'daki tek çıkıkların çekirdeklenmesini ve kaymasını gözlemlemek için atomik kuvvet mikroskobu (AFM) girintisi uygulanmıştır. Orada, uzunlukları 1 şaralığında olan pop-in'ler şeklinde atomistik plastisite olayları gözlendi. AFM girintisi, mika10 üzerinde yetiştirilen altın nano adanın nano sertliğini ve elastikiyetini ölçmek için de kullanılmıştır. Bu çalışmada, nano sertliğin yığın değerinden daha küçük olduğu bulundu ve girinti alanına doğrusal olarak bağlı olduğu gözlemlendi. Ayrıca, elmas uçlu safir konsol11 ile AFM girintisi ile erimiş kuvars ve silikon gibi sert yüzeylerin sertliğini belirlemek için ayrıntılı bir ölçüm protokolü önerilmiştir. Özellikle, bu yöntem, büyük konsol sapma12 için ışığa duyarlı sapma dedektörlerinin doğrusal olmamasını dikkate alır. Daha yakın zamanlarda, AFM girintisi ve temassız AFM görüntüleme, bir Pt(111) tek kristal yüzeyin ve Pt bazlı metalik camın13 sertliğini ve plastik deformasyonunun temel mekanizmalarını kantitatif olarak belirlemek için birleştirilmiştir. Pt(111) için, nanometre ölçeğindeki plastik deformasyon mekanizmalarının, daha büyük ölçekler için kurulan ayrık mekanizmalarla tutarlı olduğu bulundu. Ayrıca, metalik camın nanometre ölçekli plastik deformasyonunun ayrık olmadığı, daha ziyade sürekli ve girinti ucu etrafında oldukça lokalize olduğu bulundu. Bu sonuçlar, metalik camlar için daha düşük bir boyut sınırı ortaya çıkardı ve bunun altında kesme dönüşüm mekanizmaları girinti ile aktive edilmedi. AFM girintisi ayrıca biyolojik numunelerin (kollajen fibrilleri gibi)14, polimerlerin15 ve kolloidal kristallerin16 sertlik değerlerini belirlemek için kullanılmıştır.
Bu çalışmada, kuvvet sensörü seçimini, kalibrasyonunu, konsol sapma algılama sisteminin kalibrasyonunu ve doğru ve tekrarlanabilir kuvvet-mesafe ölçümleri için aletli 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. Küçük hacimlerin plastik deformasyonu alanındaki son bulgular ışığında daha fazla temsili sonuç gösterilmekte ve tartışılmaktadır.
Bu deney için bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanıldı. Bir AFM'nin temel taşı, ucunda yarıçapı birkaç nanometre aralığında olan keskin bir uca sahip mikro fabrikasyon kuvvet sensörüdür (genellikle bir konsol kirişi). Bu deney için kullanılan aletin özel konfigürasyonunda, konsol bir piezo-elektrik z-tarayıcıya monte edilirken, incelenecek numune bir piezo-elektrik x/y-tarayıcıya monte edilir. AFM görüntüleme sırasında, kuvvet sensörü ucu, Hooke yasasına göre konsolun sapmasına neden olan numune yüzeyi ile etkileşim kuvvetlerini kaydetmek için bir numune üzerinde taranır. Konsolun statik veya dinamik sapması, bir lazer diyot, bir dizi ayna ve konsol sapmasını bir voltaja dönüştüren bir fotodiyottan oluşan bir optik ışın sapma detektörü ile ölçülebilir. Görüntüleme sırasında, fotodiyottaki sinyal, etkileşim kuvvetlerini numune yüzeyinde tutmak için bir geri besleme döngüsü tarafından kontrol edilir; Bu, bir topografya görüntüsü olarak kaydedilen ve görüntülenen Z-tarayıcı konumunun ayarlanmasıyla sonuçlanır.
Aşağıda açıklanan deney için ön koşul, atomik kuvvet mikroskobunun piezo-elektrik tarayıcılarının iyi kalibre edilmiş olması ve aletin laboratuvarda sabit bir sıcaklık ve nem seviyesinde kalmasıdır. Okuyucu, atomik kuvvet mikroskobu modeline bağlı olarak, bazı deneysel prosedür adımlarının değiştirilmesi gerekebileceğinin farkında olmalıdır. Özellikle, tüm ölçümler tarayıcıların aralıkları "küçük" olarak ayarlandıktan sonra gerçekleştirilir; Bu işlev, X/Y tarayıcı aralığının 5 x 5 μm²'ye ve Z-tarayıcı aralığının 4 μm'ye düşürülmesine olanak tanır ve bu da küçük ölçeklerde çözünürlük sağlar. Bu işlev, tüm ticari AFM'lerde mevcut değildir ve metnin geri kalanında belirtilmemiştir.
Veri analizi için ücretsiz SPM veri analiz yazılımı Gwyddion17 ve Matlab yazılım paketi18'in kullanılması önerilir.
Bu protokol, AFM ile aletli sertlik ölçümleri gerçekleştirmek için izlenecek deneysel prosedürün bir tanımını verir. Farklı ticari AFM'lerin kullanımı bir modelden diğerine farklılık gösterebileceğinden, okuyucu ayrıntılı ayar prosedürleri ve yazılım bilgileri için AFM üreticisi tarafından sağlanan kılavuza başvurmalıdır. Aşağıdaki metinde, açıklanan deneyi yeniden oluşturmak için, okuyucunun burada kullanılan belirli AFM'nin kullanımına aşina olduğu varsayılmaktadır.

<table><tbody><tr><td>AFM XE-100</td><td>Park Instruments</td><td>, üretimi durdurulan</td><td>Atomik kuvvet mikroskobu</td></tr><tr><td>CDT-NCLR</td><td>NanoSensörler</td><td>CDT-NCLR</td><td>İletken elmas kaplı temassız kol</td></tr><tr><td>100 nm kalınlığında Au(111) Mika</td><td>Phasis</td><td></td> üzerinde ince film <td>20020011 atomik olarak pürüzsüz altın ince film</td></tr></tbody></table>

enstrumanlı afm-girinti kantitatif sertlik Ölçümü

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

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.

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. ...

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

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

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

Bu AFM tabanlı deneyin genel amacı, altın ince filmin nano sertliğini nicel olarak belirlemektir. Bu yöntem, malzemelerin nanometre ölçeğindeki dayanımlarına ilişkin malzeme nanomekaniği alanındaki temel soruya yanıt vermeye ve plastik deformasyondan sorumlu mekanizmaların belirlenmesine yardımcı olabilir. Bu tekniğin avantajı, yüksek uzamsal ve kuvvet çözünürlüğüne sahip olmasıdır. Başlamak için, en az 180kHz birinci serbest rezonans frekansına, en az 300 kalite faktörüne ve en az 40 N/m eğilme sertliğine sahip, elmas kaplı sert bir kantileveri AFM'nin sıkıştırma tutucusuna monte edin.Kantiliver tutucuyu AFM kafasına monte edin, lazer ışınını hizalayın ve kantiliverin ilk serbest bükülme rezonansını belirlemek için bir frekans taraması gerçekleştirin. Ardından, AFM yazılımının kurulum menüsünden, ilgili kantiliver tipi için fotodiyot hassasiyetinin varsayılan değerini seçin. Nanokristal, elmas veya safir gibi pürüzsüz ve esnemeyen bir yüzeyi numune tutucuya yerleştirin.Ardından, AFM'nin step motorunu kullanarak konsolu referans numune yüzeyine doğru yaklaştırın. Kaba yaklaşma sırasında konsolun odak noktasında kaldığından emin olun ve yüzeyle temasa geçmeyi önlemek için kaba yakla

quantitative-hardness-measurement-by-instrumented-afm-indentation

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Ekstraselüler matriksin sertliği kuvvetle yapışık hücrelerinin birden fazla davranışları etkiler. Matrix sertliği bir doku boyunca mekansal değişir ve çeşitli hastalık koşullarında değişiklik uğrar. Burada atomik kuvvet mikroskobu microindentation kullanarak fare akciğer dokusunun normal ve fibrotik sertliği mekansal farklılıklar karakterize etmek için yöntemler geliştirmek.

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Akciğer Doku Mikro-Mekanik Karakterizasyonu

Kaynak: Canovic, E. P.,  et al. Atomik kuvvet mikroskobu, darbe girintisi ve reometri kullanarak beyin dokusunun çok ölçekli mekanik özelliklerinin karakterize edilmesi. J. Vis. Uzm. (2016)Bu video, küresel problu bir konsolun doku ile etkileşime girdiği ve uygulanan kuvvetler altında büküldüğü beyin dokusunun viskoelastik özelliklerini ölçmek için atomik kuvvet mikroskobunun (AFM) kullanımını göstermektedir. Bir dedektör üzerine saptırılan bir lazer ışını, girinti derinliğini ve kuvvet...

Atomik Kuvvet Mikroskobu Kullanılarak Fare Beyin Dokusunun Mekanik Özelliklerinin Karakterizasyonu

Bu kağıt bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak microindentation ile canlı hücrelerin mekanik özelliklerini karakterize etmek için bir protokol göstermektedir.

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Yaşam Hücrelerinin Mekanik Özellikleri Ölçme

Beynin viskoelastik mekanik özelliklerini mikro, mezo ve makro ölçeklerde karakterize etmek için bir dizi teknik sunuyoruz.

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

Burada, hücre ve dokularda nano ve mikro girinti aracı olarak işletilen atomik kuvvet mikroskobu (AFM) sunuyoruz. Cihaz, numunenin 3D yüzey topografisini ve hücre duvarı Young 'ın modüllerinin yanı sıra Turgor basıncını da içeren mekanik özelliklerini eşzamanlı olarak satın almayı sağlar.

Santral hücreleri ve bitki dokularının mekanik özelliklerini ve Turgor basıncını ölçmek için Atomic Force Microkopi kullanımı

Prob moleküllerinin atomik kuvvet mikroskobuna kovalent bağlanması (AFM) kantilever uçları fiziksel özelliklerinin araştırılması için gerekli bir tekniktir. Bu bize yüksek tekrarlanabilirlik ile AFM tabanlı tek molekül kuvvet spektroskopisi ile polimerlerin germe kuvveti, desorpsiyon kuvveti ve uzunluğu belirlemenize olanak sağlar.

AFM tabanlı Kuvvet Spektroskopisi için Tek Moleküllerin Kovalent Eki

Biz atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak eklem kıkırdağı hücresel düzeyde erken osteoartritik değişiklikleri araştırmak için bir yöntem saklıt.

Erken Osteoartrit tespit etmek için Atomik Kuvvet Mikroskobu Uygulaması

Protokol, hidrojeller ve hücreler de dahil olmak üzere yumuşak malzeme nanogirinti deneyleri için eksiksiz bir iş akışı sunar. İlk olarak, kuvvet spektroskopisi verilerini elde etmek için deneysel adımlar detaylandırılmıştır; Daha sonra, bu tür verilerin analizi, GitHub'dan ücretsiz olarak indirilebilen yeni geliştirilen açık kaynaklı bir Python yazılımı aracılığıyla detaylandırılır.

Yumuşak Madde Nanoindentasyonu için Deneysel ve Veri Analizi İş Akışı

Atomik kuvvet mikroskobu mikro girintileriyle ilgili en yaygın sorunları belirlemek ve ele almak için adım adım bir yaklaşım sunuyoruz. Çeşitli derecelerde osteoartrit kaynaklı dejenerasyon ile karakterize edilen yerli insan eklem kıkırdak eksplantlarında ortaya çıkan sorunları örneklendiriyoruz.

İnsan Eklem Kıkırdak Eksplantlarında Atomik Kuvvet Mikroskobu Tabanlı Mikro Girintide Pratik Konuların Ele Alınması

Bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) prob ucu tarafından bir numune yüzeyine uygulanan temas alanının ve kuvvetin ölçülmesi, nano ölçekli mekanik özellik belirlemeyi mümkün kılar. Elastik modülü veya diğer nanomekanik özellikleri ölçmek için yumuşak ve sert numunelerde havada veya sıvıda AFM konsol bazlı nanogirinti uygulamak için en iyi uygulamalar tartışılmaktadır.

Atomik Kuvvet Mikroskobu Konsol Tabanlı Nanogirinti: Hava ve Sıvıda Nanoölçekte Mekanik Özellik Ölçümleri

Keşfedin atomik kuvvet mikroskobu ile altın ince filmlerin nano sertliğini ölçme yöntemini. Bu teknik, nanometre ölçeğinde malzeme dayanımını ve plastik deformasyon mekanizmalarını anlamak için kritik öneme sahiptir.

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

Daha fazla video keşfet