Наноиндентирование
Наноиндентирование иначе индентирование (англ. nanoindentation) — испытание материала методом индентирования (вдавливания в поверхность образца специального инструмента — индентора), применяемое к нанообъемам материала (тонкие пленки и покрытия, микро- и нанострукруры).
Индентирование производится вдавливанием в изучаемый образец индентора, обладающего известными механическими свойствами — формой, модулем упругости и т. д., с заданным усилием. Далее либо исследуется форма и размер пятна контакта, либо строится кривая зависимости положения индентора от нагрузки. В первом случае требуется более простое оборудование, во втором удается получить больше информации о материале. При переходе к наномасштабам для изучения пятна контакта требуется атомный силовой микроскоп либо сканирующий электронный микроскоп, поэтому наноиндентирование практически всегда проводится со снятием кривой нагрузка/внедрение.
Метод наноиндентирования
Индентирование с целью измерения твердости образца обычно проводится одним из стандартизированных способов и с помощью стандартизированных инденторов. Наиболее аспространенными методами определения твердости материалов являются тест Викерса, тест Бринелля, тест Роквелла.
Для определения модуля упругости методом индентирования требуется построить диаграмму нагрузка/внедрение. Наклон этой диаграммы при разгрузке, т. е. снижении действующей силы до нуля, определяется модулем упругости материала. Однако в связи с ростом влияния поверхностных эффектов в наномасштабах полностью учесть влияние пластической зоны у кончика индентора и сил адгезии на текущий момент невозможно.
Определение пластических и реологических свойств материала при индентировании требует не только фиксации кривой нагрузка/внедрение, но и измерения зависимости этих параметров от времени.
борудование для наноиндентирования требует высочайшей точности изготовления и настройки. Проведение испытаний подразумевает полную изоляцию материалов, так как малейшие температурные и атмосферные флуктуации способны сильно исказить результаты.
Таблица. Сравнение разных методов исследования твердости и упругости.
| Твердость образца | Разрушение образца | Предельная нагрузка | |
|---|---|---|---|
| ИНТЕГРА + Hysitron TriboScope | &Твердые и сверхтвердые (0.1 – 100 ГПа) | Есть и разрушающие и неразрушающие методики | До 1Н |
| ИНТЕГРА с опцией наносклерометрии | Твердые и сверхтвердые (1 – 80 ГПа) | Есть и разрушающие и неразрушающие методики | До 200 мН |
| АСАМ | От мягких до твердых(10 кПа – 10 ГПа) | Неразрушающая методика | - |
| Атомно-силовая микроскопия и спектроскопия | Мягкие и очень мягкие(1 кПа – 1 ГПа) | Есть и разрушающие и неразрушающие методики | До 2 мН |
Статьи по теме
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки это новый углеродный материал, представляющий собой цилиндрические структуры с диаметром порядка нескольких нанометров, состоящие из свернутых в трубку графитовых плоскостей.