Quantitative Härtemessung durch Instrumented AFM-Einzug

Zusammenfassung

Dieses experimentelle Protokoll beschreibt, wie die Rasterkraftmikroskopie verwendet werden kann, um die Härte auf der echten Nanometerskala zu messen und einzelne atomare Plastizitätsereignisse zu detektieren.

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird eine Kombination aus amplitudenmodulierter berührungsloser Rasterkraftmikroskopie und Rasterkraftspektroskopie für instrumentierte Härtemessungen an einer Au(111)-Oberfläche mit atomistischer Auflösung einzelner Plastizitätsereignisse angewendet. Es wird ein sorgfältiges experimentelles Verfahren beschrieben, das die Auswahl des Kraftsensors, seine Kalibrierung, die Kalibrierung des Cantilever-Auslenkungserkennungssystems und die Minimierung der instrumentellen Drift für genaue und reproduzierbare Kraft-Weg-Messungen umfasst. Außerdem wird eine Methode zur Datenanalyse vorgestellt, die es ermöglicht, Kraft-Eindring-Kurven aus aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurven zu extrahieren. Eine typische Kurve zeigt ein klares elastisches Verformungsregime bis zum ersten Plastizitätsereignis oder Pop-In mit einer Länge im Bereich von ein bis zwei Burger-Vektoren. Spätere Plastizitätsereignisse weisen die gleiche Größenordnung auf. Die Arbeit der Plastizität wird weiter aus den Messungen extrahiert. Abschließend wird die Härte in Kombination mit der Eindruckkurve mittels berührungsloser Rasterkraftmikroskopie-Aufnahmen der verbleibenden Vertiefungen bestimmt.

Einleitung

In den letzten 150 Jahren wurden Härtewerte verwendet, um das mechanische Verhalten von Materialien zu charakterisieren und ihre Leistung unter verschiedenen Belastungsbedingungen vorherzusagen. Die Härte eines Materials beschreibt den Widerstand seiner Oberfläche gegen das Eindringen eines härteren Eindringkörpers. Bei metallischen Werkstoffen bezieht sich die Härte auf den Widerstand gegen plastisches Fließen.

Obwohl sich die Durchführung der Härteprüfung als relativ einfach erwiesen hat, waren die erzielten Ergebnisse lange Zeit eher empirisch, so dass sie nicht in der Lage waren, die intrinsischen Eigenschaften des untersuchten Material....

Protokoll

1. Instrumental Set-up und Kalibrierung

1. Instrumental Set-up
   1. Verwenden Sie einen steifen diamantbeschichteten Ausleger des Typs DT-NCLR oder CDT-NCLR mit einer ersten Frequenz frei Resonanz f _0,1 ≥ 180 kHz, einen Gütefaktor Q ≥ 300 und einer Biegesteifigkeit k ≥ 40 N / m.
   2. Montieren Sie den ausgewählten Ausleger auf einem Klemmhalter von der AFM-Herstellers. Besondere Vorsicht den Cantilever zu platzieren, so dass seine Längsachse zu der schnellen Abtastrichtung des AFM senkrecht. Alternativ kleben Sie den Ausleger auf einen Halter Ausleger von der AFM-Herstellers Zweikom....

Ergebnisse

In dieser Arbeit wurde die Biegesteifigkeit des Auslegers k berechnet sich nach der geometrischen Balkentheorie ^19. Für die spezielle diamantbeschichteten Ausleger in dieser Arbeit verwendeten, fanden wir k = 55,69 N / m. Beachten Sie, dass wir die Diamantbeschichtung vernachlässigt; die Dicke der Diamantschicht beträgt ein bis zwei Größenordnungen kleiner als der Auslegerdicke und damit nicht signifikant seine Biegesteifigkeit nicht erhöht (obwohl seine Elas.......

Diskussion

Es wurde ein Verfahren zum Durchführen einer Reihe von Vertiefungen auf einer Au (111) Dünnfilmoberfläche mit einem Diamantbeschichtetes AFM-Spitze dargestellt. Berührungslos AFM-Bildgebung und AFM Vertiefung wurden mit dem gleichen Kraftsensor ausgeführt. Die Anforderungen für die berührungslose Bildgebung eine hohe erste freie Resonanzfrequenz f _0,1 ≥ 180 kHz und einem hohen Qualitätsfaktor Q ≥ 300. In AFM Vertiefung sind, die vertikale Kraft im Bereich von mehreren Mikronewton angewendet .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
AFM XE-100	Park Instruments	abgekündigt	Rasterkraftmikroskop
CDT-NCLR	NanoSensors	CDT-NCLR	Leitfähiger, diamantbeschichteter, berührungsloser Hebel
100 nm dicker Au(111)-Dünnfilm auf Glimmer-Phasis		20020011	atomar glatter Gold-Dünnfilm