AFAM 利用探针和样品之间的接触共振进行测试，基于对探针的动力学特性以及针尖样品之间的接触力学行为分析，可以通过对探针接触共振频率、品质因子、振幅、相位等响应信息的测量，实现被测样品力学性能的定量化表征。AFAM 不只可以获得样品表面纳米尺度的形貌特征，还可以测量样品表面或亚表面的纳米力学特性。AFAM 属于近场声学成像技术，它克服了传统声学成像中声波半波长对成像分辨率的限制，其分辨率取决于探针针尖与测试样品之间的接触半径大小。AFM 探针的针尖半径很小(5~50 nm)，且施加在样品上的作用力也很小(一般为几纳牛到几微牛)，因此AFAM 的空间分辨率极高，其横向分辨率与普通AFM 一样可以达到纳米量级。与纳米压痕技术相比，AFAM 在分辨率方面具有明显的优势，通常认为其测试过程是无损的。此外，AFAM 在成像质量和速度方面均明显优于纳米压痕。目前，AFAM 已经普遍应用于纳米复合材料、智能材料、生物材料、纳米材料和薄膜系统等各种先进材料领域。纳米力学测试需要使用专属的纳米力学测试仪器，如纳米压痕仪和纳米拉伸仪等。四川核工业纳米力学测试技术

即使源电阻大幅降低至1MW，对一个1mV的信号的测量也接近了理论极限，因此要使用一个普通的数字多用表（DMM）进行测量将变得十分困难。除了电压或电流灵敏度不够高之外，许多DMM在测量电压时的输入偏移电流很高，而相对于那些纳米技术[3]常常需要的、灵敏度更高的低电平DC测量仪器而言，DMM的输入电阻又过低。这些特点增加了测量的噪声，给电路带来不必要的干扰，从而造成测量的误差。系统搭建完毕后，必须对其性能进行校验，而且消除潜在的误差源。误差的来源可以包括电缆、连接线、探针[5]、沾污和热量。下面的章节中将对降低这些误差的一些途径进行探讨。河北纳米力学测试厂商在生物医学领域，纳米力学测试有助于了解细胞与纳米材料的相互作用机制。

微纳米材料力学性能测试系统是一种用于机械工程领域的科学仪器，于2008年11月18日启用。纵向载荷力和位移。载荷力分辨率：3nN（在施加1μN的条件下）；较小载荷接触力：＜100nN；较大载荷：10mN；位移分辨率：0.0004nm；较小位移：＜0.2nm；较大位移：5μm；热漂移：＜0.05nm/s（在室温条件下）。 横向载荷力和位移。载荷力的分辨率：0.5μN；较小横向力：＜5μN；较大横向力：2mN；位移分辨率：3nm；较小位移：＜5nm；较大位移：15μm；热漂移：＜0.05nm/s（在室温条件下）。磨损面积范围：4μm x 4μm 到 60μm x 60μm；磨损速率：≤180μm/s；纵向载荷范围：100nN – 1mN。X-Y stage。

在AFAM 测试系统开发方面，Hurley 等开发了一套基于快速数字信号处理的扫频模式共振频率追踪系统。这一测试系统可以根据上一像素点的接触共振频率自动调整扫描频率的上下限。随后，他们又开发出一套称为SPRITE(scanning probe resonance image tracking electronics) 的测试系统，可以同时对探针两阶模态的接触共振频率和品质因子进行成像，并较大程度上提高成像速度。Rodriguez 等开发了一种双频共振频率追踪(dual frequency resonance tracking，DFRT) 的方法，此种方法应用于AFAM 定量化成像中，可以同时获得探针的共振频率和品质因子。日本的Yamanaka 等利用PLL(phase locked loop) 电路实现了UAFM 接触共振频率追踪。纳米力学测试可以解决纳米材料在制备和应用过程中的力学问题，提高纳米材料的性能和稳定性。

与传统硬度计算不同的是，A 值不是由压痕照片得到，而是根据 “接触深度” hc(nm) 计算得到的。具体关系式需通过试验来确定，根据压头形状的不同，一般采用多项式拟合的方法，比如针对三角锥形压头，其拟合结果为：A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接触深度”hc由下式计算得出：hc = h - ε P max/S，式中，ε是与压头形状有关的常数，对于球形或三角锥形压头可以取ε = 0.75。而S的值可以通过对载荷-位移曲线的卸载部分进行拟合，再对拟合函数求导得出，即，式中Q 为拟合函数。这样通过试验得到载荷-位移曲线，测量和计算试验过程中的载荷 P、压痕深度h和卸载曲线初期的斜率S，就可以得到样品的硬度值。该技术通过记录连续的载荷-位移、加卸载曲线，可以获得材料的硬度、弹性模量、屈服应力等指标，它克服了传统压痕测量只适用于较大尺寸试样以及只能获得材料的塑性性质等缺陷，同时也提高了硬度的检测精度，使得边加载边测量成为可能，为检测过程的自动化和数字化创造了条件。原子力显微镜（AFM）在纳米力学测试中发挥着重要作用，可实现高分辨率成像。四川国产纳米力学测试仪

发展高精度、高稳定性纳米力学测试设备，是当前科研工作的重要任务。四川核工业纳米力学测试技术

纳米压痕获得的材料信息也比较丰富，既可以通过静态力学性能测试获得材料的硬度、弹性模量、断裂韧性、相变(畴变) 等信息，也可以通过动态力学性能测试获得被测样品的存储模量、损耗模量或损耗因子等。另外，动态纳米压痕技术还可以实现对材料微纳米尺度存储模量和损耗模量的模量成像(modulus mapping)。图1 是美国Hysitron 公司生产的TI-900 Triboindenter 纳米压痕仪的实物图。纳米压痕作为一种较通用的微纳米力学测试方法，目前仍然有不少研究者致力于对其方法本身的改进和发展。四川核工业纳米力学测试技术

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