[发明专利]一种基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试仪器技术领域，尤其涉及的是一种基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法。

背景技术

纳米材料和纳米技术是近年来各国非常关注和重视的研究领域之一。当物质的尺寸缩小到纳米级别时，它的物理性能，化学性能，以及其他各项性能会极大地差异与甚至完全不同与它在宏观尺寸（微米毫米级别）下的所表现出来的各项特性。而纳米尺度赋予各类材料的独特性能，也吸引越来越多的科研人员和机构从事纳米材料科学研究和技术开发工作。

以碳纳米管材料为例。碳纳米管是典型的一维纳米材料，它具有其他很多材料无法媲美的优异的力学、电学、热学性能和化学性能；也是各类研究，包括复合材料、催化、电化学、各类传感器等研究领域的热点和重点研究对象。现已有千千万万的科研单位和人员在专门从事碳纳米管的基础性能研究和产品开发应用研究。虽然现在很多的企业和研究机构已经有制造生产大量碳纳米管的技术和能力，但是他们几乎都无法明确地对他们制作出的碳纳米管的性能做出一个正确的、准确的评估，特别是力学性能。因为碳纳米管的直径尺寸非常小，为几纳米到几十纳米范围，而现有的测试仪器无法完成对其进行拉伸测试，及力学性能的评价和表征。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，旨在解决现有技术中测试仪器无法完成对以碳纳米管，石墨烯为例的纳米材料进行拉伸测试，以及对力学性能进行测试和表征的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，用于测试纤维增强型复合材料的拉伸性能，其中，所述方法包括以下步骤：

S1、将原子力显微镜探针固定于扫描电子显微镜原位检测装置的Z轴移动平台的顶端，并将纤维增强复合材料放置在样品放置区，将硅晶片固定于样品放置区的一侧；其中，扫描电子显微镜原位检测装置包括设置在基座上的Y轴移动平台，设置在Y轴移动平台上的X轴移动平台，及设置在基座上的Z轴移动平台，所述样品放置区设置在X轴移动平台顶端的近Z轴移动平台端；

S2、移动扫描电子显微镜原位检测装置的X轴移动平台及Y轴移动平台，将原子力显微镜探针与纤维增强复合材料接触后通过电子束照射粘接后，再移动X轴移动平台及Y轴移动平台将纤维增强复合材料中的单根材料拔出；

S3、移动扫描电子显微镜原位检测装置的X轴移动平台及Y轴移动平台，将单根材料与硅晶片触接后通过电子束照射粘接后，再启动电子显微镜的录像，并移动X轴移动平台及Y轴移动平台将单根材料拔断；

S4、根据录像中的多帧连续图像获取单根材料被拔断时原子力显微镜探针的位移，及原子力显微镜探针的弹性系数，得到单根材料的力学性能、及应力-应变曲线。

所述基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，其中，所述步骤S2具体包括：

S21、将扫描电子显微镜原位检测装置放置于电子显微镜的腔体中，移动X轴移动平台及Y轴移动平台直至原子力显微镜探针与纤维增强复合材料接触；

S22、通过电子束照射在原子力显微镜探针与纤维增强轴复合材料接触的接触区域，由电子束照射诱发腔体中残留碳元素沉积，将原子力显微镜探针与纤维增强复合材料粘接；

S23、以指定的第一速度及远离Z轴移动平台的方向移动X轴移动平台，直至单根材料被拔出。

所述基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，其中，所述步骤S3具体包括：

S31、通过移动X轴移动平台及Y轴移动平台，将单根材料与硅晶片触接；

S32、通过电子束照射在单根材料与硅晶片触接的接触区域，由电子束照射诱发腔体中残留碳元素沉积，将单根材料与硅晶片粘接；

S33、开启电子显微镜的录像，并以指定的第二速度及远离Z轴移动平台的方向移动X轴移动平台，直至单根材料被拔断。

所述基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，其中，所述第一速度、及所述第二速度均为0.3-0.7nm/s。

所述基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，其中，所述第一速度、及所述第二速度均为0.5nm/s。

所述基于原子力显微镜探针的拉伸测试方法，其中，所述步骤S22中由电子束照射诱发腔体中残留碳元素沉积，将原子力显微镜探针与纤维增强复合材料粘接时，电子束产生的工作电压为3-5kV、工作电流为2-4nA。