[发明专利]基于AFM纳米压痕实验获取硬度和弹性模量测量值的方法

说明书

本发明公开了一种基于AFM纳米压痕实验获取硬度和弹性模量测量值的方法，所述方法主要包括载荷‑位移曲线的转化、硬度的计算和弹性模量的计算等步骤，当前AFM设备在完成纳米压痕后仅能将采集到的数据由载荷‑位移转化为载荷‑压深曲线，而不能直接获取被测材料的测量硬度和弹性模量值。因此，本发明的目的在于使载荷‑位移曲线转化为载荷‑压深曲线后能够依靠AFM纳米压痕获取的原始载荷‑位移曲线，完成硬度和弹性模量值高效、精准的计算，从而为AFM纳米压痕的使用者们提供便利条件。

技术领域

本发明涉及材料性能研究技术领域，尤其涉及一种基于AFM纳米压痕实验获取硬度和弹性模量测量值的方法。

背景技术

随着人们在微/纳米领域的不断探索，对检测设备提出了更高的要求，原子力显微镜(atomicforcemicroscopes简称AFM)以其优异的性能脱颖而出。原子力显微镜作为一种实用的超精密检测设备，不仅可以获取样品真正的三维形貌信息，而且AFM纳米压痕可以自由选择压痕区域，并及时对压痕区域进行成像，因此AFM在纳米压痕领域得到了越来越多的应用。AFM纳米压痕可用于测量材料的硬度和弹性模量等表面力学特性。但是在AFM设备在完成纳米压痕后仅能将采集到的数据由载荷-位移转化为载荷-压深曲线，而不能直接获取被测材料的测量硬度和弹性模量值。事实上，关于力曲线的转化以及通过编程快速计算纳米压痕测试结果的方法，已有学者进行了研究，史立秋通过AFM外带的SAM设定PSD(位置探测器)偏转电压控制探针压入，同时以外接的数据采集卡采集压电扫描陶管在Z方向上的电压变化值，直接绘出了载荷随压入深度的变化曲线，之后利用程序对实验数据进行处理，获取硬度和弹性模量计算值。但并未说明力曲线的转化方法，以及接触零点是如何判定的，并且，其计算硬度和弹性模量时所用的计算模型为O-P模型，这与本发明所用的Hertz模型有很大区别。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于AFM纳米压痕实验获取硬度和弹性模量测量值的方法，为计算大量数据提供了一种便捷的处理方式，给AFM纳米压痕的使用者们提供了便利，极大地提高了计算效率。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的基于AFM纳米压痕实验获取硬度和弹性模量测量值的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取原子力显微镜探针的载荷-位移曲线的加载曲线数据点坐标值(X_nj，Y_nj)和卸载曲线数据点坐标值(X_nx，Y_nx)；

其中，X_nj：载荷-位移曲线中加载曲线的横坐标位移值；

Y_nj：载荷-位移曲线中加载曲线的纵坐标压入载荷值；

X_nx：载荷-位移曲线中卸载曲线的横坐标位移值；

Y_nx：载荷-位移曲线中卸载曲线的纵坐标压入载荷值；

S2、将所述载荷-位移曲线的加载阶段和卸载阶段的曲线数据点坐标值(X_nj，Y_nj)和(X_nx，Y_nx)转化为载荷-压深曲线相对应阶段的曲线数据点坐标值(P_nj，Q_nj)和(P_nx，Q_nx)；

其中，P_nj：载荷-压深曲线中加载曲线的横坐标压入深度值；

Q_nj：载荷-压深曲线中加载曲线的纵坐标压入载荷值；

P_nx：载荷-压深曲线中卸载曲线的横坐标压入深度值；

Q_nx：载荷-压深曲线中卸载曲线的纵坐标压入载荷值；