Для повышения точности нано - импрессора требуется многомерное управление калибровкой прибора, предварительной обработкой образцов, оптимизацией параметров и адаптацией модели, в сочетании с повторными экспериментами и кросс - методологической проверкой, чтобы получить надежные микронаномеханические данные. В качестве основного средства отображения механических свойств материала в микронанометровом масштабе технология нано - царапин напрямую влияет на оценку ключевых параметров, таких как твердость и модуль материала. Тем не менее, многофакторная связь в процессе тестирования может привести к отклонениям данных, которые должны быть проанализированы из трех аспектов системы: прибора, образца и операции.
Оборудование прибора и точность калибровки
Производительность основных компонентов нано - импрессора (например, напора давления, датчика смещения, датчика нагрузки) напрямую определяет нижний предел измерения и разрешение. Геометрия напора алмаза (например, трипира Берковича) при наличии износа или ошибки обработки изменяет эталон расчета контактной площади, вызывая систематические отклонения твердости и модуля. Кроме того, калибровочное состояние датчика имеет решающее значение: нерегулярно откалиброванный датчик нагрузки / смещения вводит нулевой дрейф или отклонение чувствительности, например, датчик нагрузки не сбрасывается после перегрузки, что может привести к искажению данных в зоне низкой нагрузки. Хотя высоковакуумная среда может уменьшить помехи затухания воздуха, колебания температуры и влажности окружающей среды могут по - прежнему влиять на стабильность датчика и должны работать в лаборатории с постоянной температурой и влажностью.
II. Характеристики образца и состояние поверхности
Основным фактором помех является шероховатость поверхности образца. Если поверхностные флуктуации превышают 1 / 10 глубины вдавливания (например, Ra > 50 нм), напор легко контактирует с выпуклым пиком, а не с плоскостью, вызывая « ложное вдавливание», так что измеренный модуль виртуальный. Для образцов пленки эффект фундамента был значительным: когда толщина пленки была меньше 10 - кратной глубины вдавливания, деформация фундамента накладывалась на реакцию пленки, подлежащую коррекции с помощью модели Oliver - Pharr или с использованием ультранеглубокого режима вдавливания (глубина < 100 нм). Кроме того, анизотропия образца (например, различные кристаллические поверхности монокристалла) может привести к изменению механических свойств с направлением впрессования, необходимо четко определить ориентацию тестирования; Пористые или композитные материалы могут вызывать трещины из - за концентрации локальных напряжений, что приводит к аномальной кривой нагрузки - смещения.
Параметры тестирования и рабочий процесс
Скорость загрузки зависит от скорости, с которой время загрузки влияет на материал. Модули вязкоупругих материалов, таких как полимеры, чувствительны к скорости загрузки, и слишком быстрая загрузка (например, > 10 мН / с) может скрыть поведение ползучести, что приводит к завышению модуля. Если фаза удержания недостаточна во времени (например, < 10 s), вязкоупругость релаксация не завершена, кривая разгрузки отклоняется от идеальной эластичной линии, влияя на расчет контактной жесткости. Выбор глубины вжима требует равновесного разрешения и помех фундамента: слишком мелкий (< 20 нм) уязвим для поверхностного окисления или адсорбционного слоя, а слишком глубокий может проникать в пленку. Кроме того, отклонение выравнивания напора от образца (например, наклон > 2°) может привести к ошибке расчета контактной площади, которая должна быть обеспечена вертикальным давлением с помощью оптического или лазерного позиционирования.
IV. Применимость моделей обработки данных
Классическая модель Оливера - Фарра предполагает, что материал является однородным, изотропным эластомером, игнорируя нелинейность распределения напряжений в пластической области. Для сверхтвердых материалов (например, алмазоподобных углеродных пленок) или сценариев большой пластической деформации модель недооценивает реальный модуль; В то время как вязкостно - эластичность мягких материалов, таких как биогель, должна быть изменена путем введения модели Келвина - Войгта. Кроме того, расчет глубины контакта зависит от функции площади напора, и если она не калибрована стандартным блоком (например, расплавленным кварцем), крошечная ошибка функции площади увеличивается до модульного результата (коэффициент передачи ошибки составляет около 2).