Измерение нормальной жесткости и наноинденторы.
Определение нормальной жесткости упругого контакта основывается на соотношениях контактной механики, связывающих величину приложенной нормальной силы Р с деформацией поверхности образца х, и с радиусом зоны контакта а. Нормальная контактная жесткость определяется как kc = dP/dx, а микротвердость поверхности – как H = Рmax/ а2, где Рmax – максимальная сила нагрузки, создающая в образце отпечаток с площадью а2 (после снятия нагрузки). Эти соотношения лежат в основе метода индентирования (микродеформирования)
Первоначальное развитие методов индентирования было связано с изучением механических свойств материалов и не имело прямого отношения к проблемам нанотрибологии. Однако прогресс в развитии техники АСМ привел к “пересечению” соответствующих методик, поскольку зонд АСМ является одновременно наноиндентором. Для получения нагрузочных силовых характеристик контакта нужно только контролировать величину нормальной силы. Высокое разрешение, достигаемое с помощью АСМ, позволяет исследовать микротвердость и многие другие характеристики пленочных покрытий и микрочастиц с точностью и разрешением, намного превосходящими точность стандартных микроинденторов. Однако коммерческие системы индентирования на основе треугольных алмазных инденторов Берковича в настоящее время также достигли высокой степени совершенства, а некоторые из них обеспечивают разрешение по значению нормальной силы и деформации не хуже 10 нН и 0,1 нм.
Кфизическим процессам в нанотрибоконтактах относят эффекты: прилипания-скольжения; адгезионные; химические; образование вмятин и царапин, износ; граничная смазка и сдвиговое упорядочение пленочных структур; металлические наноконтакты; трение пленок, адсорбированных на поверхностях сверхпроводников; трибоэмиссия частиц, электромагнитных и акустических волн.
Достижения нанотрибологии используются при производстве и эксплуатации устройств магнитной записи (магнитных лент, жестких дисков, защитных покрытий); в машиностроении – при разработке методик борьбы с износом деталей инструментов и машин, решения проблем смазки сопрягающихся поверхностей; при разработке новых поверхностных покрытий и модификации их трибологических характеристик; в нанолитографии; при создании микромашин; при диагностике поверхности материалов.
Интересные факты
•Манипулятор АСМ и СТМ (Сканирующий туннельный микроскоп ) позволяет при габаритах в
несколько сантиметров передвигать иглу с разрешением лучше 0,1 Å. Если бы промышленный робот обладал подобной точностью перемещений при габаритах около метра, то иголкой, зажатой в манипуляторах, он мог бы нарисовать окружность диаметром в несколько нанометров.
•Температурный коэффициент линейного расширения большинства материалов около 10−6. При размерах манипулятора в несколько сантиметров изменение температуры на 0,01° приводит к перемещению иглы вследствие теплового дрейфа на 1 Å.
