НОВЫЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Полный текст:


Аннотация

Точность определения модуля упругости методом атомно-силовой микроскопии в значительной степени зависит от качества обработки экспериментальных данных, получаемых при наноиндентировании. В условиях вибрационных помех многократно повторенная калибровка может давать заниженное значение калибровочного коэффициента. Подобный артефакт вызван проскальзыванием зонда по более твердой, чем у исследуемого образца, и неоднородной по высоте поверхности кремниевой пластинки. При обработке данных наноиндентирования на малых глубинах внедрения зонда в образец модуль упругости, вычисленный по модели Герца, зависит от величины внедрения. За искомый модуль принимают значение, близкое к асимптотическому, т. е. получаемое при достаточно большой деформации объекта. Такая деформация не всегда возможна в эксперименте, либо достигается при слишком больших (десятки процентов) относительных деформациях, т. е. за пределами допустимой области применения модели Герца.

Целью работы является демонстрация нескольких новых возможностей обработки данных наноиндентирования как на этапе получения или уточнения калибровочного коэффициента атомно-силового микроскопа, так и при анализе кривой внедрения в исследуемый объект. Рассмотрены две методики определения калибровочного коэффициента на основе модели Герца, а также модели Джонсона – Кенделла – Робертса. Предложены новые способы определения модуля упругости методом атомно-силовой микроскопии. Показана возможность калибровки атомно-силового микроскопа по материалу с известными механическими свойствами, обосновывается необходимость и приводится алгоритм коррекции измеренной глубины внедрения зонда с учетом силы адгезии при вычислении модуля упругости в области малых деформаций образца. Предложенные способы определения калибровочного коэффициента и асимптотического значения модуля упругости будут полезны для получения воспроизводимых и более точных результатов атомно-силовой спектроскопии механических свойств.

 


Об авторах

А. А. Мохаммед Салем
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Аспирант



Г. Б. Мельникова
Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси
Беларусь

Аспирант



А. А. Маханёк
Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси
Беларусь
Кандидат физико-математических наук


С. А. Чижик
Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси
Беларусь

Академик НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор



Список литературы

1. Тимошенко, С. П. Теория упругости / С. П. Тимошенко ; пер. с англ. Н. А.Шошина. - 2-е изд. – Л. : ОНТИ, 1937. – 451 c.

2. Negrea, A. The Elastic Contact of a Sphere with an Elastic Half-Space, a Comparison Between Analytical and Finite Elements solutions / A. Negrea, M. V. Predoi // UPB Scientific Bulletin, Series A: Applied Mathematics and Physics. – 2012. – Vol. 74, Iss. 4. – P. 69–78.

3. Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Б. Банди ; пер. с англ.  М. : Радио и связь, 1988.  128с.

4. Бейкер, Дж. Аппроксимации Паде / Дж. Бейкер, П. Грейвс-Морри с; пер. с англ. под ред. А. А. Гончара.  М. : Мир, 1986.  502 с.

5. Johnson, K. L. Surface Energy and the Contact of Elastic Solids / K. L. Johnson, K. Kendall, A. D. Roberts // The Royal Society. – 1971. – Vol. 324. – P. 301–313.

6. Barthel, E. Adhesive elastic contacts – JKR and more / E. Barthel // Journal of Physics D: Applied Physics – 2008. – Vol. 41. – P. 1–40.

7. Hay, J. Rapid characterization of elastic modulus and hardness via express test [Electronic resource] / J. Hay. – Mode of access: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5991-0123EN.pdf.

8. “MAKROLON(R) GP (Polycarbonate),” Plastics International [Electronic resource]/ - Mode of accesse: http://plasticsintl.com/datasheets/Polycarbonate.pdf. – Date of access: 16.02.2012.

9. Soloukhin, V. A. Physical Aging of Polycarbonate: Elastic Modulus, Hardness, Creep, Endothermic Peak, Molecular Weight Distribution and Infrared Data / V. A. Soloukhin // Macromolecules. – 2003. – Vol. 36. – P. 7585–7597.

10. Тихонов, А. Н. Методы решения некорректных задач / А. Н. Тихонов, В. Я. Арсенин. – М. : Наука, 1986. – 286 c.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Мохаммед Салем А., Мельникова Г.Б., Маханёк А.А., Чижик С.А. НОВЫЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ. НАУКА и ТЕХНИКА. 2015;(1):52-60.

For citation: Mohammed Salem A., Melnikova G.B., Makhaniok A.A., Chizhik S.A. NEW MECHANISMS FOR NANOINDENTATION DATA PROCESSING USING ATOMIC FORCE MICROSCOPY METHOD. Science & Technique. 2015;(1):52-60. (In Russ.)

Просмотров: 185

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)