Hysitron納米壓痕儀的測試模式和技術原理介紹

　　Hysitron納米壓痕儀主要用于微納米尺度薄膜材料的硬度與楊氏模量測試，測試結果通過力與壓入深度的曲線計算得出，無需通過顯微鏡觀察壓痕面積。微電子技術和微系統的發展，許多微小結構得到了實際應用。同時，材料在微小尺度下的力學性能也逐漸成為人們關注的對象，材料的微觀力學性能研究也隨之開展起來。在微電子技術、微機械和納米摩檫學應用中，微構件的幾何尺寸一般在微米級，而薄膜的厚度則往往是納米級。在載荷的作用下，這些微小構件常常會表現出與宏觀條件下所不同的特性，因而引起了人們的關注，目前這一領域已成為科學前沿和研究熱點，Hysitron納米壓痕儀技術由于具有無損、可以在很小的局部范圍測試材料的力學性能等優點，近十年來Hysitron納米壓痕儀在材料的微觀力學性能研究方面得到了廣泛的應用。

　　Hysitron納米壓痕儀的技術原理及局限性：

　　1、體積占比量法：主要用來計算薄膜或基體組合體系的硬度，但局限于試驗研究方法，基體對薄膜力學性能的影響在試驗的結果上不方便排除。

　　2、分子動力學模擬法：該方法是在原子尺度上去考慮每個原子上所受到作用力、鍵合能以及晶體晶格常量，并運用牛頓運動方程來模擬原子間的相互作用結果，局限性是只適用于原子尺度。

　　3、Oliver和Pharr法：這是較為常用的一種方法。硬度值可由最大加載載荷和壓痕的殘余變形面積求得，而試驗所測得的載荷一位移曲線，可以從卸載曲線的斜率求出彈性模量。采用原始的硬度定義來進行材料的硬度和彈性模量計算而沒有考慮納米尺度上的尺寸效應是這個方法的不足之處。

　　4、梯度隨數變化理論：材料硬度H依賴于被測材料的深度H，有壓人壓頭之稱，并且隨著壓人深度的減小而增大，因此具有尺度效應，適用于具有塑性的晶體材料。但該方法就是無法計算材料的彈性模量。

　　以上這4種原理是在各模式測試過程中會遇到的方法，每一種方法都體現Hysitron納米壓痕儀與被測材料的關系，研究人員可根據不同的條件需求，正確選取測量方法。