纳米压痕技术原理

纳米压痕技术及其应用

傅杰

摘要： 纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术，是最简单的测试材料力学性质的方法之一，在

材料科学的各个领域都得到了广泛的应用，本文主要针对纳米压痕技术及其应用做一个简单概述。

关键字：纳米压痕技术，应用 一、引言

传统的压痕测量是将一特定形状和尺寸的压头在一垂直压力下将其压入试样，当压力撤除后。通过测量压痕的断截面面积，人们可以得到被测材料的硬度这种测量方法的缺点之一是仅仅能够得到材料的塑性性质。另外一个缺点就是这种测量方法只能适用于较大尺寸的试样。

新兴纳米压痕方法是通过计算机控制载荷连续变化, 在线监测压深量, 由于施加的是超低载荷, 加上监测传感器具有优于1 nm 的位移分辨率, 所以, 可以获得小到纳米级的压深, 它特别适用于测量薄膜、镀层、微机电系统中的材料等微小体积材料力学性能可以在纳米尺度上测量材料的各种力学性质，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???。

二、纳米压痕技术概述

纳米硬度计主要由轴向移动线圈、加载单元、金刚石压头和控制单元等四部分组成。压头材料一般为金刚石，常用的有伯克维奇压头(Berkovich)和维氏(Vicker)压头。压入载荷的测量和控制是通

纳米压痕实验报告

姓名：张永钦 学号： 专业：力学 班级：

15120982 15-01

一、实验目的

1. 了解材料微纳米力学测试系统的构造、工作原理。 2. 掌握载荷-位移曲线的分析手段。 3. 用纳米压痕方法测定的杨氏模量与硬度。

二、实验仪器和设备

TriboIndenter型材料微纳米力学测试系统

三、实验原理与方法

纳米压痕技术又称深度敏感压痕技术，它通过计算机控制载荷连续变化，并在线监测压入深度。一个完整的压痕过程包括两个步骤，即所谓的加载过程与卸载过程。在加

载荷 加载曲线 载过程中，给压头施加外载荷，使之压入样品表面，随着载荷的增大，压头压入样品的深度也随之增加，当载荷达到最大值时，移除外载，样品表面会存在残留的压痕痕迹。图1为典型的载荷-位移曲线。

从图1中可以清楚地看出，随着实验载荷的不断增大，位移不断增加，当载荷达到最大值时，位移亦达到最大值即最大压痕深

卸载曲线 Pmax S hr hmax 位移

图1 典型的载荷-位移曲线

度hmax；随后卸载，位移最终回到一固定值，此时的深度叫残留

数值模拟在纳米压痕技术中的重要意义

贵所-材料学 李泽丽-20121005

纳米材料由于其特殊的力学性能引起了人们的广泛关注，例如高的强度、硬度、耐磨性、延展性以及低温超塑性等。纳米材料之所以表现出这些特殊的性能与材料内部结构和变形机制密切相关。

纳米压痕技术是一种相对简单有效地评估薄膜材料力学性能的方法，通过纳米压痕实验不仅可以获得材料的相关性能参量，而且能够反映材料弹塑性转变的机制，揭示微观组织结构与宏观力学性能的关系。然而，纳米压痕是一个复杂的接触问题，进行纳米压痕试验时受到诸多因素的影响，例如材料表面粗糙度，衬底效应，晶界效应，压头几何形状，晶格各项异性和压痕尺寸效应等，即便是在相同的设备和试验条件下纳米压痕试验过程的重复性也不能得到保证，因此需要采用数值模拟方法对纳米压痕过程进行研究。

计算机数值模拟是独立于理论分析和实验研究的第三种手段，是沟通理论和实验的桥梁。与实验研究相比，数值模拟可实现在实验上很难或根本无法完成的研究；与理论研究相比，数值模拟无需过于简化的假设，能够接近实际的复杂情况，获得实验无法测量的结果，并深入揭示它们的内在行为机制。目前，研究材料纳米压痕的常用数值模拟方法主要有三种:有限元 (Finiteelemen

纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。

纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是动态科学（动态力学）和现代科学（混沌物理、智能量子、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。

纳米技术包含下列四个主要方面：

1.纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。

如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺

深圳安普菲科技有限公司 Shenzhen Amprofilm Technology Corp.

S L R纳米薄膜

近几年来，苹果产品在手机和平板上一直占领极高的市场份额，居于市场的领头羊。其出色的显示技术和触控效果受到消费者及竞争廠商的不断追捧。分析苹果iPAD/iPAD mini产品结构，发现这种既有轻薄机身又有出色显示效果的产品，采用的竟然不是目前最流行的全贴合技术，但却达到了媲美全贴合的视觉效果。且成本更为低廉，良率也高。这样出色的技术，不禁让人好奇，苹果是如何办到的？经过不断的分析发现，苹果神奇的地方，就是触控屏的内侧贴附了一层超低反射率的薄膜。

SLR纳米薄膜，就是具有这样特色的薄膜，下面详细的介绍下此种超低反射率的SLR纳米薄膜技术。

-------什么是SLR纳米薄膜

SLR（Surface Low Reflection）纳米薄膜技术，从字面意思上来看，是表面低反射处理的意思。通过在产品表面贴附一种经特殊光学处理后的纳米膜材实现，以达到降低反射率，增强对比度，从而达到更好的显示效果。

------为什么会选择SLR方案

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深圳安普菲科技有限公司

纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。

纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是动态科学（动态力学）和现代科学（混沌物理、智能量子、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。

纳米技术包含下列四个主要方面：

1.纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。

如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺

硅藻纳米微孔水处理技术

硅藻精土处理剂以及用硅藻精土处理剂处理污水的方法是康富科技首席科学家、CTO王庆中先生在中科院王希季院士的指导下刻苦攻关，研发的原创型具有自主知识产权的国家发明专利技术。与之配套的还有《超低品位硅藻土纯物理选矿方法及设备》、《超细微粒静电分离选矿方法及其系统》等三项国家发明专利。

该技术是国家重点环境保实用技术，并获得2006～2007年国家重点环保实用技术示范工程奖。该工艺创导了污水处理中应用硅藻纳米微孔作为生物载体的先河，既具有传统工艺的综合优点，也弥补了各处理技术的不足。 经过多年的研发与百余个项目的实践,现已开发出第八代新工艺——硅藻纳米微孔水处理专利技术。第八代污水处理专利技术是以硅藻纳米微孔为生物载体，可与传统工艺相融合的深度污水处理技术，通过物化和生物协同作用，使出水各项指标均达到国家（GB18918-2002）一级A的标准，满足中水回用要求；也可通过该工艺使出水各项指标达到国家地表三类水的水质标准。实现污水资源化利用，治污与补水一次得到解决。

该技术具有投资低、占地小、无污染、适用范围广、深度处理能力强等优点，是处理污水的理想工艺，也是符合中国国情的水污染治理减排及提标升级改造的实用型新技术。

纳米技术结课论文

“纳米涂层” = 新一代的不粘锅？

这是与人们的生活息息相关，也是我们很多人关心的问题。 摘要：很多人都很头疼在厨房炒菜时油烟和粘锅的问题，于是乎不粘锅应运而生，但是在原先以“特氟龙”为代表的问题不粘锅被曝出对人体健康有极大危害以后，又有商家打出所谓纳米涂层的所谓新型不粘锅，纳米技术似乎又有了新的应用。

关键词：不粘锅，纳米涂层

背景与意义：随着人们生活节奏的加快，对厨房用具的要求也在不断的提高，不仅要求厨具能够烹饪出美味的食物，同时也要减少他们的劳动量，而不粘锅的诞生恰恰符合这种要求，它的不粘的特性不仅令食物不易焦糊损失营养，同时避免大量油烟的产生，危害人体健康的同时，也污染厨房的环境，同时可以减少清洁时的工作量，但是事实并不如我们看到的那般美好，所谓的不粘锅，特别是商家现在大肆鼓吹的新一代表面有纳米涂层的不粘锅，真的有那么完美吗，它真的配得上它那昂贵的身价吗？

正文：我们先来看看商家是怎么宣传他们的产品的：先是给大家来科普一下自然的纳米现象：

莲花的花与荷叶是由一层极细致的表层所组成,而细致的表层就算是放大千倍也不见任何细孔,因为莲花表层的结构与粗糙度为纳米尺寸的大小,如同光滑的镜面般不易沾惹尘埃,

纳米技术结课论文

所以污泥及飞尘都无

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这是与人们的生活息息相关，也是我们很多人关心的问题。 摘要：很多人都很头疼在厨房炒菜时油烟和粘锅的问题，于是乎不粘锅应运而生，但是在原先以“特氟龙”为代表的问题不粘锅被曝出对人体健康有极大危害以后，又有商家打出所谓纳米涂层的所谓新型不粘锅，纳米技术似乎又有了新的应用。

关键词：不粘锅，纳米涂层

背景与意义：随着人们生活节奏的加快，对厨房用具的要求也在不断的提高，不仅要求厨具能够烹饪出美味的食物，同时也要减少他们的劳动量，而不粘锅的诞生恰恰符合这种要求，它的不粘的特性不仅令食物不易焦糊损失营养，同时避免大量油烟的产生，危害人体健康的同时，也污染厨房的环境，同时可以减少清洁时的工作量，但是事实并不如我们看到的那般美好，所谓的不粘锅，特别是商家现在大肆鼓吹的新一代表面有纳米涂层的不粘锅，真的有那么完美吗，它真的配得上它那昂贵的身价吗？

正文：我们先来看看商家是怎么宣传他们的产品的：先是给大家来科普一下自然的纳米现象：

莲花的花与荷叶是由一层极细致的表层所组成,而细致的表层就算是放大千倍也不见任何细孔,因为莲花表层的结构与粗糙度为纳米尺寸的大小,如同光滑的镜面般不易沾惹尘埃,

纳米技术结课论文

所以污泥及飞尘都无

纳米技术及其在机械工业中的应用

摘要：主要介绍了纳米技术的内涵、主要内容及纳米技术在微

机械和包装、食品

或总称为微型电动机械系统（MEMS），用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。MEMS使用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

（3）纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间相互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

（4）纳米电子学包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光／电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。“更快”是指响