2.3 Наноіндентування (ні)
Індентування проводиться вдавлюванням в досліджуваний зразок індентора, що володіє відомими механічними властивостями - формою, модулем пружності і т. д., із заданим зусиллям. Далі або досліджується форма і розмір плями контакту, або будується крива залежності положення індентора від навантаження. У першому випадку потрібно більш просте устаткування, у другому вдається отримати більше інформації про матеріал. При переході до наномасштабів для вивчення плями контакту не обов'язково потрібно атомно силовий мікроскоп або скануючий електронний мікроскоп, можлива реалізація індентування на приладах, що використовують класичні індентори, але з високою якістю виконання (малим радіусом заокруглення) завдяки цьому наноіндентування практично завжди проводиться зі зняттям кривої навантаження / впровадження .
Нахил цієї діаграми при розвантаженні, тобто зниженні діючої сили до нуля, визначається модулем пружності матеріалу. Однак, у зв'язку із зростанням впливу поверхневих ефектів у наномасштабі повністю врахувати вплив пластичної зони біля кінчика індентора і сил адгезії на поточний момент неможливо. Використання спеціальних приладів наноіндентування дозволяє отримати якісну криву "навантаження-розвантаження" завдяки високій міцності індентора і системи його кріплення, а також відсутності ефектів сполучених з прогином кантилівера, як у випадку СЗМ або АСМ.
Визначення пластичних і реологічних властивостей матеріалу при індентування вимагає не тільки фіксації кривої навантаження / впровадження, але і вимірювання залежності цих параметрів від часу.
Обладнання для наноіндентування вимагає найвищої точності виготовлення і налаштування.
Рисунок 2.5. Установка «Наноскан 3D», призначений для дослідження матеріалів методами індентування і дряпання в наномасштабі. [5]
Рисунок 2.6. Конструкція модуля наноіндентування NHT2 [5]
2.4 Поверхнево посилене раманівське розсіювання (sers)
Гігантське комбінаційне розсіювання світла – ефект, що проявляється у збільшенні (~106 і вище) інтенсивності ліній при комбінаційному розсіянні світла на адсорбованих молекулах. У зарубіжній літературі ГКР зазвичай називають поверхнево посиленим раманівським розсіюванням (SERS – surface enhanced Raman scattering).
Вперше метод поверхнево посиленого комбінаційного розсіяння (Surface enhanced Raman scattering - SERS) був випробуваний більше 30 років тому в 1974 році, коли спостерігалося посилене рекомбінаційно розсіяного адсорбованого піридину на поверхні срібного електрода. З тих пір були проведені численні дослідження, присвячені даній тематиці, з різними поверхнями.
Точний механізм ефекту посилення ГКР все ще є предметом дискусій в літературі. Існують дві основні теорії і в той час як їх механізми істотно відрізняються, що відрізняють їх експериментально не була простою . Електромагнітна теорія постулює збудження локалізованих поверхневих плазмонів, в той час як хімічна теорія передбачає формування комплексів з переносом заряду. Хімічна теорія відноситься тільки до видів, які сформувалися в хімічний зв'язок з поверхнею, тому він не може пояснити видимого посилення сигналу у всіх випадках, а електромагнітна теорія може застосовуватися навіть у тих випадках, коли зразок фізадсорбований на поверхню.
Комбінаційні сигнали за своєю природою слабкі, особливо при використанні видимого світла збудження, так як невелика кількість розсіяних фотонів доступні для виявлення. Один спосіб підсилювати слабкі сигнали комбінаційного розсіювання є використання поверхнево-посиленого комбінаційного розсіяння (SERS). У ГКР використовуються нанорозмірні шорсткі поверхні металу зазвичай виготовляють із золота (Au) або срібла (Ag). Під час проходження лазерного променя по поверхні зразка виникає сильно локалізоване (плазмонне) світлове поле. Коли молекула поглинає або знаходиться дуже близько до посиленого поля, то на поверхні можна спостерігати посилення комбінаційного сигналу.Комбінаційні сигнал може бути посилений ще більше, коли шорстку поверхню металу використовують у поєднанні з лазерним світлом, який узгоджений з максимумами поглинання молекули. Цей ефект відомий як поверхнево-розширене резонансне комбінаційне розсіяння (SERRS).
Рисунок 2.7. Концептуальна ілюстрація SERS. [8]
ГКР знаходить все більш широкого застосування, а саме:
• Основи аналітичного тестування в хімії;
• Розробка ліків;
• Судово – медична експертиза;
• Медично – діагностичні прилади
Рисунок 2.8 Приклад діагностики за допомогою SERS [8]
На даному рисунку зображені спектри SERS з чистого C. Albicans, чистої кишкової палички, а також суміші з двох. Характеристики піків позначені на затінених клітинах.