纳米压痕力学：实验设备、测量原理与应用

随着纳米表面工程的兴起和发展，薄膜、超薄膜材料的应用领域日趋广泛。在诸如集成电路（Integrated Circuit，IC）中的各种薄膜、磁存储介质表面的抗划镀层、微/纳电子机械器件（Micro-electromechanical System/Nano-electrome-chanical System，MEM/NEMS）中的各种薄膜、单层/多层膜结构的聚合物涂层等材料在亚微米、深亚微米甚至纳米尺度的机械性能表征上，纳米压痕实验作为一种有效的方法，可以应用于薄膜、超薄膜材料的硬度、弹性模量的测量以及纳米材料在正向应力作用下的诸如弹性/塑性形变、应变强化等力学性能和摩擦学性能的研究。

纳米压痕力学属于纳米实验力学范畴，是指采用具有很高的载荷和位移分辨力的纳米压痕技术，对材料表面和薄膜的力学性能进行实时检测和分析的新兴学科。纳米压痕技术又称深度敏感压痕（Depth Sensing Indentation）技术，是采用纳米压痕仪，在不用分离薄膜与基底材料的情况下通过连续记录载荷和压入深度而直接得到薄膜材料的许多力学性质（如弹性模量、硬度、屈服强度、断裂韧性、应力-应变曲线、黏弹行为、相变、冲击、疲劳及蠕变行为等）的一种新技术。该技术具有很高的载荷和位移分辨力，纳米压入的载荷一般小于0.1mN，压入深度小于100nm，载荷和位移分辨力分别小于0.01mN和1nm，而且对样品的几何尺寸和形状无特殊要求，还可用于众多传统材料的测试。(www.xing528.com)

本节将着重对纳米压痕实验的实验设备、测量原理与特点、纳米压痕影响因素以及薄膜力学性能压痕检测等问题进行讨论。