AFAM 利用探針和樣品之間的接觸共振進行測試，基于對探針的動力學特性以及針尖樣品之間的接觸力學行為分析，可以通過對探針接觸共振頻率、品質因子、振幅、相位等響應信息的測量，實現被測樣品力學性能的定量化表征。AFAM 不只可以獲得樣品表面納米尺度的形貌特征，還可以測量樣品表面或亞表面的納米力學特性。AFAM 屬于近場聲學成像技術，它克服了傳統聲學成像中聲波半波長對成像分辨率的限制，其分辨率取決于探針針尖與測試樣品之間的接觸半徑大小。AFM 探針的針尖半徑很小(5~50 nm)，且施加在樣品上的作用力也很小(一般為幾納牛到幾微牛)，因此AFAM 的空間分辨率極高，其橫向分辨率與普通AFM 一樣可以達到納米量級。與納米壓痕技術相比，AFAM 在分辨率方面具有明顯的優勢，通常認為其測試過程是無損的。此外，AFAM 在成像質量和速度方面均明顯優于納米壓痕。目前，AFAM 已經普遍應用于納米復合材料、智能材料、生物材料、納米材料和薄膜系統等各種先進材料領域。納米力學測試需要使用專屬的納米力學測試儀器，如納米壓痕儀和納米拉伸儀等。四川核工業納米力學測試技術

即使源電阻大幅降低至1MW，對一個1mV的信號的測量也接近了理論極限，因此要使用一個普通的數字多用表（DMM）進行測量將變得十分困難。除了電壓或電流靈敏度不夠高之外，許多DMM在測量電壓時的輸入偏移電流很高，而相對于那些納米技術[3]常常需要的、靈敏度更高的低電平DC測量儀器而言，DMM的輸入電阻又過低。這些特點增加了測量的噪聲，給電路帶來不必要的干擾，從而造成測量的誤差。系統搭建完畢后，必須對其性能進行校驗，而且消除潛在的誤差源。誤差的來源可以包括電纜、連接線、探針[5]、沾污和熱量。下面的章節中將對降低這些誤差的一些途徑進行探討。河北納米力學測試廠商在生物醫學領域，納米力學測試有助于了解細胞與納米材料的相互作用機制。

微納米材料力學性能測試系統是一種用于機械工程領域的科學儀器，于2008年11月18日啟用。縱向載荷力和位移。載荷力分辨率：3nN（在施加1μN的條件下）；較小載荷接觸力：＜100nN；較大載荷：10mN；位移分辨率：0.0004nm；較小位移：＜0.2nm；較大位移：5μm；熱漂移：＜0.05nm/s（在室溫條件下）。 橫向載荷力和位移。載荷力的分辨率：0.5μN；較小橫向力：＜5μN；較大橫向力：2mN；位移分辨率：3nm；較小位移：＜5nm；較大位移：15μm；熱漂移：＜0.05nm/s（在室溫條件下）。磨損面積范圍：4μm x 4μm 到 60μm x 60μm；磨損速率：≤180μm/s；縱向載荷范圍：100nN – 1mN。X-Y stage。

在AFAM 測試系統開發方面，Hurley 等開發了一套基于快速數字信號處理的掃頻模式共振頻率追蹤系統。這一測試系統可以根據上一像素點的接觸共振頻率自動調整掃描頻率的上下限。隨后，他們又開發出一套稱為SPRITE(scanning probe resonance image tracking electronics) 的測試系統，可以同時對探針兩階模態的接觸共振頻率和品質因子進行成像，并較大程度上提高成像速度。Rodriguez 等開發了一種雙頻共振頻率追蹤(dual frequency resonance tracking，DFRT) 的方法，此種方法應用于AFAM 定量化成像中，可以同時獲得探針的共振頻率和品質因子。日本的Yamanaka 等利用PLL(phase locked loop) 電路實現了UAFM 接觸共振頻率追蹤。納米力學測試可以解決納米材料在制備和應用過程中的力學問題，提高納米材料的性能和穩定性。

與傳統硬度計算不同的是，A 值不是由壓痕照片得到，而是根據 “接觸深度” hc(nm) 計算得到的。具體關系式需通過試驗來確定，根據壓頭形狀的不同，一般采用多項式擬合的方法，比如針對三角錐形壓頭，其擬合結果為：A = 24.5 + 793hc + 4238+ 332+ 0.059+0.069+ 8.68+ 35.4+ 36. 9式中 “接觸深度”hc由下式計算得出：hc = h - ε P max/S，式中，ε是與壓頭形狀有關的常數，對于球形或三角錐形壓頭可以取ε = 0.75。而S的值可以通過對載荷-位移曲線的卸載部分進行擬合，再對擬合函數求導得出，即，式中Q 為擬合函數。這樣通過試驗得到載荷-位移曲線，測量和計算試驗過程中的載荷 P、壓痕深度h和卸載曲線初期的斜率S，就可以得到樣品的硬度值。該技術通過記錄連續的載荷-位移、加卸載曲線，可以獲得材料的硬度、彈性模量、屈服應力等指標，它克服了傳統壓痕測量只適用于較大尺寸試樣以及只能獲得材料的塑性性質等缺陷，同時也提高了硬度的檢測精度，使得邊加載邊測量成為可能，為檢測過程的自動化和數字化創造了條件。原子力顯微鏡（AFM）在納米力學測試中發揮著重要作用，可實現高分辨率成像。四川國產納米力學測試儀

發展高精度、高穩定性納米力學測試設備，是當前科研工作的重要任務。四川核工業納米力學測試技術

納米壓痕獲得的材料信息也比較豐富，既可以通過靜態力學性能測試獲得材料的硬度、彈性模量、斷裂韌性、相變(疇變) 等信息，也可以通過動態力學性能測試獲得被測樣品的存儲模量、損耗模量或損耗因子等。另外，動態納米壓痕技術還可以實現對材料微納米尺度存儲模量和損耗模量的模量成像(modulus mapping)。圖1 是美國Hysitron 公司生產的TI-900 Triboindenter 納米壓痕儀的實物圖。納米壓痕作為一種較通用的微納米力學測試方法，目前仍然有不少研究者致力于對其方法本身的改進和發展。四川核工業納米力學測試技術

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