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纳米压痕/纳米划痕
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项目简介
纳米压痕仪主要用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量，可以用于研究或测试薄膜等纳米材料的接触刚度、蠕变、弹性功、塑性功、断裂韧性、疲劳、存储模量及损耗模量等特性。可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩绘釉漆，光学薄膜，微电子镀膜，保护性薄膜，装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料，包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。
划痕法通过使用不同的传感器（声发射、划痕位移、摩擦力）和视频显微镜观察获得临界载荷数据来量化不同的膜 - 基材组合的结合性能。
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结果展示
一般给出原始数据，常见txt格式或excel格式，可根据原始数据绘制力-位移曲线。
不同厂家设备导出格式略有区别，请以实际订单数据为准。
以下以德国Bruker的纳米压痕为例：
可根据原始数据绘制力-位移曲线：
样品要求
1、样品直径3-30mm，高度0-10mm(方形或圆柱体）
2、样品上下面平行，抛光没有肉眼可见划痕
3、不规则样品或者太小样品需要镶嵌树脂里面，抛光处理
4、样品的镶嵌，一定要用硬树脂
其它问题请咨询业务人员
常见问题
1. 纳米压痕几种模式的区别？
纳米压痕常见模式有静态位移控制模式、静态载荷控制模式、连续刚度模式。
1. 静态载荷模式：设置最大载荷，加载/卸载速率（mN/s），得到的是载荷-位移曲线，最大载荷处的模量和硬度（单一值）；
2. 静态位移模式：设置最大位移，加载/卸载速率（s-1），得到的是载荷-位移曲线，最大位移处的模量和硬度（单一值）；
3. 连续刚度模式：设置最大位移，加载/卸载速率（s-1），选择CSM（Continuous Stiffness Measurement）模式，得到的是载荷-位移曲线、模量-位移曲线、硬度-位移曲线。
2. 纳米压痕一般卸载比例是多少
纳米压痕卸载一般都是90%左右，如果载荷控制的测试方法，卸载率设置100%的话，有可能会出现热漂移（卸载后位移出现大量的负数）
3. 不同类型样品经典的载荷-位移曲线示意图
（a)弹性固体；(b)脆性固体； (c) 韧性固体；(d)晶体固体； (e)在加载过程中出现开裂的脆性固体；(f)表现出蠕变的聚合物
（来源于：Nanoindentation，DOI 10.1007/978-1-4419-9872-9)
4. 典型材料加卸载曲线涉及的部分现象
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类型 |
图示 |
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块体材料的典型加载曲线 |
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块体材料的加载突进（pop-in）和压入断裂 |
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块体材料的加载突进、卸载突出（pop-out）和滞后 |
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薄膜材料的加载突进和压入断裂 |
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膜材和基材性质差异明显时的加卸载曲线 |
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吸附方式 |
5. SPM是什么，有什么用
SPM，即扫描探针显微成像技术，扫描探针成像原理与AFM原理相似，利用同一探头对样品表面进行原位三维形貌成像，与纳米力学测试一起，实现卓越的纳米力学表征、数据可靠性和纳米级精度的定位。
压电扫描器是SPM技术中的关键组分，以保证测试得到非常精确的测试定位（±20nm）。
SPM可以形象直观的研究样品失效模式（粘附、开裂、堆积等）。
6. 纳米压痕与纳米划痕的区别
| 纳米压痕 | 纳米划痕 | |
| 测试原理 | 通过计算机程序控制载荷发生连续变化，实时测量压痕深度，由于施加的是超低载荷，监测传感器具有优于1nm的位移分辨率 | 通过测量划针作用在样品表面上的法向力、切向力和划入深度的连续变化过程，用于研究摩擦磨损、变形和破坏性能、薄膜的粘着和粘弹行为。 |
| 适用范围 | 适用于测量薄膜、涂层等超薄层材料力学性能，可以在纳米尺度上测量材料的力学性质，如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为等 | 可以测试薄膜和基底的临界附着力、划痕硬度、摩擦力、摩擦系数、划入阻力等。 |
7. 常见材料的硬度和模量参数
常见薄膜样品的模量和硬度实验值
常见试样特性（金属/陶瓷/聚合物/复合材料）
（来源于：Nanoindentation，DOI 10.1007/978-1-4419-9872-9)
8. 纳米压痕测量的硬度怎么换算成HV？
可参考视频：纳米压痕硬度与维氏硬度之间的换算关系和适用条件
纳米压痕测试仪器测量的硬度 H 与维氏硬度（HV）之间有直接对应关系。公式为：HV = 94.495H
资料原文如下：
图片来源于：Nanoindentation，DOI 10.1007/978-1-4419-9872-9；
原文献可参考：Conversion between Vickers hardness and nanohardness by correcting projected area with sink-in and pile-up effects，DOI: 10.1088/2058-6272/ab7d47
9. 常见数据处理教程
10. 纳米压痕常见压头类型有哪些？
压头通常由两部分组成，前部常选用金刚石、蓝宝石、硬质合金等材料，后部常选用钢质材料，加工成规定形状的基托，用于固定压头前部和连接仪器压杆。
常见的压头主要有Berkovich压头、Conical压头以及Vickers压头。
可参考网络视频：纳米压痕测试中常用的几种压头和相关用途
示意图如下：
Conical压头 Berkovich压头 Vickers压头
立体图如下：
（来源于：Nanoindentation，DOI 10.1007/978-1-4419-9872-9)
12. 压痕位置在图片上看不清
1. 材料本身在压头抬起后压痕位置回弹而导致；
2. 样品表面颜色较深，不太干净也会导致看不清压痕位置。
13. 泊松比的影响
材料的泊松比一般在0~0.5之间，对于大多数工程材料，泊松比一般在0.15和0.35之间，一般估计的典型值选择为0.25，这种情况下泊松比的不确定度±0.1，样品模量的不确定度为5.3%。
如果测试时候不知道样品的泊松比，可选择为0.25，对样品模量的测量结果影响不大。如果事后知道了泊松比的值，还可以进行修正。只需要对原测量样品的模量值乘以（ν2-1）/（0.252-1）≈1.067（ν2-1）即可
具体可参考书籍：张泰华. 微/纳米力学测试技术及其应用[M].
