通过AFM敲击而不会造成表面损伤的形态测量:一个相位转移特性
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Updated: Jul 18, 2025
Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation
Published on: November 22, 2016
Yang He1, Yongda Yan2, Yanquan Geng2
1Shenzhen Key Laboratory of Cross-scale Manufacturing Mechanics, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China; SUSTech Institute for Manufacturing Innovation, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China; Department of Mechanics and Aerospace Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China; The State Key Laboratory of Robotics and Systems, Robotics Institute, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; Center for Precision Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China.
原子力显微镜 (AFM) 敲击模式中的相位转移表明尖端-表面相互作用. 这项研究表明,相位变化是非破坏性表面形态测量的敏感指标,可以区分损伤和无损伤扫描.
科学领域:
- 表面科学是一门科学.
- 材料的表征材料的表征.
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 原子力显微镜 (AFM) 对于表面形态测量至关重要.
- 确保使用AFM进行无损测量是一个重大挑战.
- 在AFM点击模式中的尖端表面相互作用需要进一步了解.
研究的目的:
- 调查相位移作为AFM中尖端表面相互作用的特征信号.
- 探索相位移和非破坏性表面形态测量之间的关系.
- 为了确定从非破坏性到破坏性AFM扫描过渡的门.
主要方法:
- 使用触摸模式的原子力显微镜 (AFM) 在聚甲酸薄膜上.
- 分析相位转移变化与驱动振幅和尖端半径的变化.
- 在扫描过程中量化尖端表面能量消耗.
- 观察表面形态变化和塑性变形.
主要成果:
- 当驱动幅度翻倍时,相位转移从0.47°增加到1.85°,与可观察到的纹相关.
- 尖端半径为15-20纳米 (能量消耗10-35 eV),没有发生显著的相位转移,这表明非破坏性相互作用.
- 在55nm的尖端半径下,观察到0.02-0.64°的相位移 (能量消耗60-110 eV),微小的塑性变形.
- 在重复点击模式扫描下,更软的表面表现出更高的相位移.
结论:
- 阶段转移是AFM触摸模式期间尖端表面相互作用的敏感指标.
- 阶段转移有效地区分了非破坏性和破坏性表面形态测量.
- 了解相位转移是优化AFM参数以实现准确且无损表面分析的关键.
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