纳米压痕实验PPT课件
纳米压印技术PPT
如纳米流体、纳米催化等领域也有应用。
纳米压印技术的发展趋势
提高精度和效率
进一步缩小结构尺寸，提高复制精 度和生产效率是纳米压印技术的重 要发展方向。
多功能性
开发能够同时复制多种结构类型和 功能的多功能纳米压印技术，以满 足不同领域的需求。
标准化和规模化
推动纳米压印技术的标准化和规模 化生产，以降低成本，提高市场竞 争力。
纳米压印技术在平板显示行业的应用
显示器制造
通过纳米压印技术，可以 制造高分辨率、高对比度 的显示器，提高显示效果 。
触摸屏制造
纳米压印技术可用于制造 高灵敏度的触摸屏，提高 触摸屏的响应速度和精度 。
柔性显示制造
通过纳米压印技术，可以 实现柔性显示器的制造， 提高显示器的可弯曲性和 耐用性。
纳米压印技术在生物医学领域的应用
，降低生产成本。
压印速度
压印速度是衡量纳米压印机效 率的重要指标。快速的压印操 作能够缩短生产周期，提高生
产效率。
纳米压印机的选型与使用
选型
选择合适的纳米压印机需要考虑生产需求、 预算等因素。在选型时，需要根据产品要求 确定所需的压印精度、最大压印面积和压印 速度等指标。同时，还需要考虑设备的耐用 性、可维护性等因素。
VS
根据不同的应用需求，需要选择不 同的材料组合，以达到最佳的复制 效果和性能。
03
纳米压印技术的制造设备
纳米压印机的结构与组成
压印机构
压印头是纳米压印机的核心部件，包括弹性体、压印柱和加热器等。压印柱通过上下运动实现压印操作，加热器则用于控制 压印温度。
控制系统
控制系统是纳米压印机的关键部分，它包括硬件电路和软件程序。硬件电路用于控制压印柱的上下运动和加热器的温度， 软件程序则用于实现自动化控制和数据处理。
纳米压印技术PPT模板
4.3.3压印胶中的缺 陷
4纳米压印 结果分析
4.4正交法对纳米压印 工艺的优化
壹
4.4.1正交法的意义与原 理
贰
4.4.2热压印工艺中正交 法的因子和水平
叁
4.4.3正交法对工艺的优 化研究
4纳米压印结果分析
4.5石英模具室温压印 hybrane
4.5.1hy brane胶
介绍
4.5.2hy brane胶
印印章的制备
3章纳米印 制备新方法
3.6旋涂法制备pdms 印章
3.6.1旋涂法制 备pdms印章的 原理和工艺流程
3.6.2旋涂法制 备pdms印章的
具体实例
3.6.3旋涂法制 备pdms印章的
实验结果
3章纳米印制备新方法 3.7热压法大规模制备pdms印章的新方法
9,300 million
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2
7.7.2纳米压印技术加工探针
8
纳 米 压 景印 发 展 前
8纳米压印发展前景
8.1纳米压印技术面临的挑战 8.1.1纳米压印自身技术面临的挑战
8.1.2纳米压印技术面临的其他技术挑战 8.2纳米压印技术的发展前景
8.2.1纳米压印技术的创新技术 8.2.2纳米压印技术的研究方向 8.2.3纳米压印技术展望
202x
纳米压印技术
演讲人
2 0 2 x - 11 - 11
目录
01. 1绪论
02. 2纳米压印工艺概述
03. 3章纳米印制备新方法 04. 4纳米压印结果分析
05. 5纳米压印理论
06. 6纳米压印仿真
07. 7纳米压印技术的应用 08. 8纳米压印发展前景
1
绪 论
纳米压痕试验
浙江大学力学实验中心
5
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载荷分辨率：50nN 标准测试最大载荷：500mN 高载荷测试最大载荷：10N Z方向的位移分辨率：<0.01nm 最大压入深度：>500μm X-Y Table位移分辨率：1μm 行程范围：100 ×100mm 显微镜放大倍数： Video Screen ：25X Objective ：10X&40X
浙江大学力学实验中心
传感器
光学显微镜 样品台
3
Vibration Isolation Cabinet 隔热和隔音 Computer Monitor
CSM Controller 连续刚度测量
Keyboard
NanoSwift Controller 控制和采集位移和力的变化
浙江大学力学实验中心
4
Schematic of the Nano Indenter G200
浙江大学力学实验中心
2
• 一、TriboIndenter®是Hysitron公 司生产的低载荷原位纳米力学 测试系统，可进行压入和划入 测试。右上图为其核心部分。 • Hysitron公司：1992年成立于美 国明尼苏达州，是一家专门致 力于原位纳米力学测试系统设 计、生产和销售的公司。 • 二、Nano Indenter®是最早研制 的压入测量仪器。右下图为其 核心部分。 • 1983年Nano Instruments公司在 美国田纳西州成立并开始研发 Nano Indenter®，1998年被MTS 公司收购，MTS公司2008年被 Agilent公司收购。
纳米压痕划痕技术在表征薄膜涂层体系力学性能中应用PPT文档27页
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定
纳米压痕仪PPT Nanoindentation
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Jiˇ r´ ı Nˇ emeˇ cek CTU Prague
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as installed at CTU Prague
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THEORETICAL ANALYSIS Elastic contact problem was solved already in the history: 1882- Hertz: solution of elastic contact of two spheres with different radii 1885- Boussinesq: solved stresses and displacements in an elastic body loaded by a rigid axisymmetric indenter 1965- Sneddon: general relationship between load, displacement and contact area for any punch described as a solid of revolution of a smooth function Sneddon’s load-displacement relationship for an elastic solid can be expressed by general equation as P = αhm (1)
图解浸胶(二十四)纳米压痕法对RFL-橡胶界面粘合的研究
图解浸胶(二十四)
纳米压痕技术对RFL/橡胶粘合界面的分析
纳米压痕技术实验是可以针对RFL/橡胶层的粘合界面进行的。
样品准备与SED-EDX电镜扫描样品一样。
纳米压痕试验采用一种商用的原子力显微镜进行的（Dimension3100配有纳米级精度Veeco的IIIa控制器）。
在实验中采用了三角形硅氮悬臂以及硅氮tips(DI) vacuum，预估的弹性系数为0.6nN/nm，预估的TIP半径为50微米。
RFL/橡胶界面的模量轮廓是通过对界面处的进行线扫描而获得的。
下图为一偏转压痕曲线的示例，采用Tsukruk的方法获得了一个线扫描结果。
经处理后曲线初始段的倾斜度用于计算模量，该部分在图中显示为一个箭头。
随线扫描穿过RFL/橡胶界面，每1.5微米，在500X500纳米的区域，进行49次测试其模量，获得一个柱状数据图，下左图为界面处的模量柱状图，右图所示为离界面14微米处的RFL层的模量柱
状图。
可以看出界面处的模量柱状图的分布区域比较宽。
下图为对RFL/橡胶界面的全纳米压痕线扫描结果。
当靠近RFL/橡胶界面时，RFL的模量提高，分布也变宽；在橡胶侧，在离界面的10微米处，模量也有一定的提高。
这可能是橡胶并不是一种均质聚合物质，含有大量的刚硬添加剂，比如炭黑。
忽略这些数据，橡胶的模量大致稳定。
该图与SED-EDX对硫，锌，钠的含量线扫描结果是相吻合的,如下图：
以上说明对于RFL/橡胶的粘合，橡胶中硫化剂向RFL中的迁移情况对其是影响较大的因素。
纳米压痕
纳米压痕实验一、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电沉积镍镀层的杨氏模量与硬度。
二、实验仪器和设备TriboIndenter 型材料微纳米力学测试系统(见附录)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度max h ；随后卸载，位移最终回到一固定值，此时的深度叫残留压痕深度r h ，也就是压头在样品上留下的永久塑性变形。
刚度S 是实验所测得的卸载曲线开始部分的斜率，表示为hP S d d u=(1) 式中，u P 为卸载载荷。
最初人们是选取卸载曲线上部的部分实验数据进行直线拟合来获得刚度值的。
但实际上这一方法是存在问题的，因为卸载曲线是非线性的，即使是在卸载曲线的初始部分也并不是完全线性的，这样，用不同数目的实验数据进行直线拟合，得到的刚度值会有明显的差别。
因此Oliver 和Pharr 提出用幂函数规律来拟合卸载曲线，其公式如下()mh h A P f u -= (2)载荷位移图1 典型的载荷-位移曲线其中，A 为拟合参数，f h 为残留深度，即为r h ，指数m 为压头形状参数。
m ，A 和f h 均由最小二乘法确定。
对式(2)进行微分就可得到刚度值，即()1f max u maxd d -=-==m h h h h A m hP S (3)该方法所得的刚度值与所取的卸载数据多少无关，而且十分接近利用很少卸载数据进行线性拟合的结果，因此用幂函数规律拟合卸载曲线是实际可行的好方法。
纳米压痕技术
纳米压痕技术（英：Nanoindentation），也称深度敏感压痕技术（英：Depth-Sensing Indentation, DSI)，是最简单的测试材料力学性质的方法之一，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(Elastic Modulus)、硬度(Hardness)、断裂韧性(Frac ture Toughness)、应变硬化效应(Strain Hardening Effect)、粘弹性使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。
弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。
它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。
晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。
它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。
能隙（Bandgap energy gap）或译作能带隙，在固态物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带（valenc e band）(价带[1]（valenc e band）或称价电带，通常是指半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子占满的最高能带。
对半导体而言，此能带中的能级基本上是连续的。
全充满的能带中的电子不能在固体中自由运动。
但若该电子受它可吸收足够能量而跳入下一个容许的最高能区，从而使价带变成部分充带中留下的电子可在固体中自由运动。
)顶端至传导带(传导带（conduction band）系指半导体或是绝缘体材料中，一个电子所具有能量的范围。
这个能量的范围高于价带（valence band），而所有在传导带中的电子均可经由外在的电场加速而形成电流)（conduction band）底端的能量差距, 对一个本征半导体（intrinsic semic onduc tor）而言，其导电性与能隙的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过能隙并跃迁至传导带。
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Minus k Vibration Isolation Table 精密减振台
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5
Nano Indenter®G200的技术参数
• 载荷分辨率：50nN
• 标准测试最大载荷：500mN
• 高载荷测试最大载荷：10N
• Z方向的位移分辨率：<0.01nm
• 最大压入深度：>500μm
• X-Y Table位移分辨率：1μm
• 1983年Nano Instruments公司在 美国田纳西州成立并开始研发 Nano Indenter®，1998年被MTS 公司收购，MTS公司2008年被 Agilent公司收购。
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传感器 光学显微镜 样品台
3
Nano Indenter®G200系统外观
Vibration Isolation Cabinet 隔热和隔音
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压痕实验原理
P h h f m
1
S dP
2
dh h h max
h c h max
P max S
3
A f hc
4
H P max
5
A
Er
2
S A
6
1
1
2
1
2 i
7
Er
E
Ei
用最小二乘法拟合卸载曲线顶端的25%~30%，得到（1）式，然后计算 出接触刚度即（2）式，用（3）式计算出接触深度，代入（4）中求 得接触面积，于是得到硬度即（5）式。利用接触刚度和接触面积计 算得到折合模量即（6）式，然后利用（7）式以及压针的模量和泊松
纳米压痕实验
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纳米压痕技术
• 纳米压痕是一种先进的微尺度力学测量技术。它是通过测 量作用在压针上的载荷和压入样品表面的深度来获得材料 的载荷-位移曲线。其压入深度一般控制在微/纳米尺度， 因此要求测试仪器的位移传感器具有优于1nm的分辨率， 所以称之为纳米压痕仪。
• 测量的材料力学性能包括：弹性模量、硬度、屈服强度、 断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性等。
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纳米压痕测量仪器
• 一、TriboIndenter®是Hysitron公 司生产的低载荷原位纳米力学 测试系统，可进行压入和划入 测试。右上图为其核心部分。
• Hysitron公司：1992年成立于美 国明尼苏达州，是一家专门致 力于原位纳米力学测试系统设 计、生产和销售的公司。
• 二、Nano Indenter®是最早研制 的压入测量仪器。右下图为其 核心部分。
• 行程范围：100 ×100mm • 显微镜放大倍数：
上图是进行显微镜校准时得到： 沿45°方向，间距为50μm的三个压痕
Video Screen ：25X Objective ：10X&40X
显微镜放大倍数为250 倍 视距约为250 ×50μm=12.5mm
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6
标准测试的载荷-位移曲线
最大载荷<500mN，压痕深度2100nm左右
1 Kf
H &E
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9
Байду номын сангаас
操作流程
1
装载样品
2
打开电源，启动电脑
3
打开Nanosuite软件，进行操作
4
导出实验相关数据，卸载样品
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10
装载样品
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11
Nanosuite软件界面
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12
注意事项
1）
2）
3）
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13
Thank you！
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Computer
Monitor
CSM Controller 连续刚度测量
Keyboard
NanoSwift Controller 控制和采集位移和力的变化
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4
Nano Indenter®G200核心部分
Schematic of the Nano Indenter G200
Nano Indenter G200
比计算样品材料的弹性模量。
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CSM技术
传统的准静态纳米压痕测试是利用卸载曲线获得接触刚度，每个压痕循环 只能获得最大压痕深度处的一个硬度和模量。连续刚度测量技术则可以直 接获得压入过程中采集的每个数据点对应压入深度的接触刚度，进而计算 出硬度与弹性模量等力学性能作为压入深度的连续函数。
1
接触刚S度 ZF ： 00 cos1m2 Ks