目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 微納米力學(xué)測(cè)試的意義和必要性 1
1.2 微納米力學(xué)測(cè)試方法的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3 本書(shū)的主要內(nèi)容和安排 8
參考文獻(xiàn) 9
第2章 接觸力學(xué)與納米壓痕方法 13
2.1 引言 13
2.2 接觸力學(xué) 14
2.2.1 赫茲接觸 14
2.2.2 赫茲接觸的基本公式 16
2.2.3 圓錐形壓針與彈性半空間的接觸力學(xué)分析 17
2.2.4 彈塑性接觸 18
2.3 納米壓痕測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)方法 19
2.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)納米壓痕測(cè)試 19
2.3.2 動(dòng)態(tài)納米壓痕測(cè)試 22
2.3.3 影響納米壓痕測(cè)試的常見(jiàn)因素 23
2.4 納米壓痕應(yīng)用簡(jiǎn)介 24
2.4.1 薄膜系統(tǒng)力學(xué)性能的測(cè)試 24
2.4.2 納米壓痕對(duì)材料界面的表征 27
2.5 本章小結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 30
第3章 原子力顯微鏡及力--距離曲線測(cè)試方法 32
3.1 引言 32
3.2 AFM 基本原理 33
3.2.1 AFM 基本原理及組成 33
3.2.2 AFM 探針 35
3.2.3 位敏檢測(cè)器 37
3.3 AFM 工作模式 38
3.3.1 接觸模式 38
3.3.2 輕敲模式 39
3.3.3 非接觸模式 41
3.3.4 輕敲抬起模式 42
3.3.5 輕敲模式下的相位成像技術(shù) 42
3.3.6 AFM 在液相環(huán)境下的使用 42
3.3.7 環(huán)境控制 AFM 成像 43
3.4 AFM 樣品制備以及成像過(guò)程中的一些常見(jiàn)問(wèn)題和解決方案 44
3.4.1 AFM 測(cè)試樣品制備 44
3.4.2 AFM 成像常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案 44
3.5 基于 AFM 的力-距離曲線測(cè)試方法 46
3.5.1 概述 46
3.5.2 微懸臂的彈性常數(shù)和共振頻率的校準(zhǔn) 50
3.5.3 針尖樣品之間常見(jiàn)的作用力 54
3.6 力-距離曲線在低維納米材料力學(xué)和細(xì)胞力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 57
3.6.1 力-距離曲線用于低維納米材料力學(xué)性能測(cè)試 57
3.6.2 力-距離曲線用于細(xì)胞的納米力學(xué)性能測(cè)試 60
3.7 本章小結(jié) 63
參考文獻(xiàn) 63
第4章 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)原理及實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 65
4.1 引言 65
4.2 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)定量化納米力學(xué)測(cè)試基礎(chǔ) 65
4.2.1 探針微懸臂的彎曲自由振動(dòng)分析 66
4.2.2 懸臂梁模型與彈簧質(zhì)量模型的等效 67
4.2.3 針尖與樣品表面接觸時(shí)懸臂梁的彎曲振動(dòng)分析 68
4.2.4 針尖與樣品之間的法向接觸力學(xué)分析 72
4.2.5 彈性模量定量化測(cè)量的參考方法 74
4.2.6 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模式下測(cè)量剪切模量、泊松比及摩擦力 75
4.3 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 79
4.3.1 概述 79
4.3.2 測(cè)試系統(tǒng)組成 80
4.4 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)的兩種成像模式 84
4.5 液相模式下的掃描探針聲學(xué)顯微術(shù) 87
4.6 本章小結(jié) 89
參考文獻(xiàn) 89
第5章 AFAM 測(cè)試方法的準(zhǔn)確度和靈敏度 92
5.1 引言 92
5.2 AFAM 準(zhǔn)確度研究 92
5.2.1 AFAM 與其他微納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)的比較 92
5.2.2 描述懸臂梁動(dòng)力學(xué)特性的模型分析 94
5.2.3 針尖樣品接觸力學(xué)行為和針尖磨損 96
5.2.4 AFAM 測(cè)量過(guò)程中的非線性效應(yīng) 99
5.2.5 影響定量化測(cè)試的其他因素 100
5.3 AFAM 靈敏度研究 101
5.3.1 微懸臂各階模態(tài)的靈敏度分析 101
5.3.2 通過(guò)附加集中質(zhì)量提高測(cè)試靈敏度 104
5.3.3 激光點(diǎn)位置設(shè)定對(duì)微懸臂響應(yīng)檢測(cè)的影響 106
5.4 本章小結(jié) 108
參考文獻(xiàn) 108
第6章 基于 AFAM 的黏彈性力學(xué)性能測(cè)試 110
6.1 引言 110
6.2 黏彈性力學(xué)基礎(chǔ) 110
6.2.1 麥克斯韋模型 112
6.2.2 開(kāi)爾文模型 112
6.2.3 標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型 113
6.2.4 復(fù)模量 114
6.3 基于 AFAM 的黏彈性力學(xué)性能測(cè)試?yán)碚摶�礎(chǔ) 115
6.3.1 針尖樣品存在黏彈性作用時(shí)探針的動(dòng)力學(xué)分析 115
6.3.2 針尖樣品接觸力學(xué)分析 117
6.3.3 簡(jiǎn)諧激勵(lì)下探針的動(dòng)力學(xué)響應(yīng) 117
6.4 AFAM 用于材料黏彈性力學(xué)性能測(cè)試及成像 119
6.5 本章小結(jié) 126
參考文獻(xiàn) 127
第7章 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)在材料測(cè)試方面的應(yīng)用 129
7.1 引言 129
7.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用 129
7.3 智能材料領(lǐng)域的應(yīng)用 133
7.4 生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用 136
7.5 薄膜及納米材料領(lǐng)域的應(yīng)用 141
7.6 本章小結(jié) 149
參考文獻(xiàn) 149
第8章 原子力顯微鏡多頻成像技術(shù) 153
8.1 引言 153
8.2 動(dòng)態(tài) (輕敲) 模式原子力顯微鏡 153
8.3 動(dòng)態(tài)模式下針尖樣品之間力-距離曲線的重構(gòu) 157
8.4 針尖樣品間能量損耗測(cè)量 160
8.5 多頻成像技術(shù)成像模式及其應(yīng)用 163
8.5.1 雙模態(tài)或多模態(tài)動(dòng)態(tài)成像 164
8.5.2 彎曲振動(dòng)高次諧波成像 171
8.5.3 頻帶激勵(lì) 173
8.5.4 扭轉(zhuǎn)高次諧波成像 174
8.5.5 掃描近場(chǎng)聲全息 178
8.6 本章小結(jié) 181
參考文獻(xiàn) 181
索引 184
彩圖