Transcript Schematic of the Nano Indenter G200

• 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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• 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。
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传感器
光学显微镜
样品台
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Vibration Isolation Cabinet
隔热和隔音
Monitor
Computer
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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Schematic of the Nano Indenter G200
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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
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最大载荷<500mN，压痕深度2100nm左右
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P   h  h f

m
 dP 
S 

 dh  h  h
1
2 
max
hc  hmax  
A  f hc 
H 

2
1  2
E
3
4 
5
Pmax
A
Er 
1

Er
Pmax
S
S
A
1   i2

Ei
6 
7 
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
松比计算样品材料的弹性模量。
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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。
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Nominal Force
Load（mN）
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Time（seconds）




1
1 

接触刚度： S 

 F0
Kf 
2
cos


m


K
s
Z

 0

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1
H &E
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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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装载样品
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Nanosuite软件界面
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12
注意事项
1）
2）
3）
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