Generate QR code
Open Access
Subscription Access
Динамический метод наноиндентирования
Abstract
A new dynamic method for measuring the hardness and stiffness of the contact at the nanoscale, which provides comparable values in terms of accuracy with "static" method of instrumental indentation at greatly reduced demands on the vibration and thermal insulation of the measuring head is proposed. The main idea is to use a probe in the self-oscillation mode on the eigenfrequency. The article describes the possibility of measuring the force of contact interaction of the probe with the sample in the range of up to mN units by shift of eigenfrequency of probe that provides a force value resolution to hundreds nN.
About the Authors
В. Мещеряков
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»; Технологический институт сверхтвёрдых и новых углеродных материалов
Russian Federation
Russian Federation
В. Масленников
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Russian Federation
Russian Federation
Э. Мелекесов
Технологический институт сверхтвёрдых и новых углеродных материалов
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology // J. Mater. Res. 2004. V. 19. No. 1. P. 3-20.
2. ГОСТ Р 8.748-2011. Измерение твёрдости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании.
3. Головин Ю. И. Наноиндентирование и механические свойства твердых тел в субмикрообьёмах, тонких приповерхностных слоях и плёнках (Обзор)// Физика твердого тела. 2008. Т. 50. Вып. 12. С. 2113-2142.
4. Asif S. A. S., Whal K. J., Colton R. J., Warren O. L. Quantitative imaging of nanoscale mechanical properties using hybrid nanoindentation and force modulation // J. Appl. Phys. 2001. V. 90. P. 1192.
5. Giessibl F. J., Piemeier F., Eguchi T., An T., Hasegawa Yu. Comparison of force sensors for atomic force microscopy based on quartz tuning forks and length-extensional resonators // Phys. Rev. 2011. V. B 84. Р. 125409.
6. Ooe H, Fujii M., Tomitori M., Arai T. Evaluation and optimization of quartz resonant-frequency retuned fork force sensors with high Q factors, and the associated electric circuits, for non-contact atomic force microscopy // Rev. Sci. Instrum. 2016. V.87. Р. 023702. doi: 10.1063/1.4941065.
7. Sidney R. Cohen, Estelle Kalfon-Cohen. Dynamic nanoindentation by instrumented nanoindentation and force microscopy: A comparative review // Beilstein J. Nanotechnol. 2013. V.4. P. 815-833. doi:10.3762/bjnano.4.93.
8. Sader J. E., Jarvis S. P. Accurate formulas for interaction force and energy in frequency modulation force spectroscopy //Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. No.10. P. 1801-1803. doi:10.1063/1.1667267.
9. Гоголинский К. В., Решетов В.Н., Усеинов А.С. Измерение твердости в субмикронном и нанометровом диапазонах линейных размеров // Мир измерений. 2010. № 8. С. 41-47.
10. Meshtcheryakov V. V., Meshtcheryakov A. V. Scan speed control for tapping mode SPM // Nanoscale Res. Lett. 2012. V. 7. No. 1. P. 121-125.
11. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Учеб. пособие: для вузов. В 5 т. Т.I. Механика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.
12. Крылов Н. М., Боголюбов Н. Н. Введение в нелинейную механику. Москва, Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004.
13. Бесекерский В. А., Попов Е. И. Теория систем автоматического управления. СПб.: Изд-во «Профессия», 2003.
14. Масленников В. В., Мещеряков В. В., Довгополая Е. А. Метод анализа САР, описываемых математической моделью с кубическим характеристическим уравнением // Автоматика и Телемеханика. 2016. № 12. С. 59-69.
15. Pal Jen Wei, Jen Fin Lin. Modified method for continuous stiffness measurement // J. Mater. Res. 2009. V. 24. No. 3. P. 599-606.
Review
For citations:
, , . Izmeritel`naya Tekhnika. 2017;(8):15-19. (In Russ.)
Views:
80
Email this article 