纳米力学测试新方法 扫描探针声学显微术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 微纳米力学测试的意义和必要性 1

1.2 微纳米力学测试方法的现状和发展趋势 3

1.3 本书的主要内容和安排 8

参考文献 9

第2章 接触力学与纳米压痕方法 13

2.1 引言 13

2.2 接触力学 14

2.2.1 赫兹接触 14

2.2.2 赫兹接触的基本公式 16

2.2.3 圆锥形压针与弹性半空间的接触力学分析 17

2.2.4 弹塑性接触 18

2.3 纳米压痕测试原理及实验方法 19

2.3.1 准静态纳米压痕测试 19

2.3.2 动态纳米压痕测试 22

2.3.3 影响纳米压痕测试的常见因素 23

2.4 纳米压痕应用简介 24

2.4.1 薄膜系统力学性能的测试 24

2.4.2 纳米压痕对材料界面的表征 27

2.5 本章小结 30

参考文献 30

第3章 原子力显微镜及力-距离曲线测试方法 32

3.1 引言 32

3.2 AFM基本原理 33

3.2.1 AFM基本原理及组成 33

3.2.2 AFM探针 35

3.2.3 位敏检测器 37

3.3 AFM工作模式 38

3.3.1 接触模式 38

3.3.2 轻敲模式 39

3.3.3 非接触模式 41

3.3.4 轻敲抬起模式 42

3.3.5 轻敲模式下的相位成像技术 42

3.3.6 AFM在液相环境下的使用 42

3.3.7 环境控制AFM成像 43

3.4 AFM样品制备以及成像过程中的一些常见问题和解决方案 44

3.4.1 AFM测试样品制备 44

3.4.2 AFM成像常见问题及解决方案 44

3.5 基于AFM的力-距离曲线测试方法 46

3.5.1 概述 46

3.5.2 微悬臂的弹性常数和共振频率的校准 50

3.5.3 针尖样品之间常见的作用力 54

3.6 力-距离曲线在低维纳米材料力学和细胞力学领域的应用 57

3.6.1 力-距离曲线用于低维纳米材料力学性能测试 57

3.6.2 力-距离曲线用于细胞的纳米力学性能测试 60

3.7 本章小结 63

参考文献 63

第4章 扫描探针声学显微术原理及实验实现 65

4.1 引言 65

4.2 扫描探针声学显微术定量化纳米力学测试基础 65

4.2.1 探针微悬臂的弯曲自由振动分析 66

4.2.2 悬臂梁模型与弹簧质量模型的等效 67

4.2.3 针尖与样品表面接触时悬臂梁的弯曲振动分析 68

4.2.4 针尖与样品之间的法向接触力学分析 72

4.2.5 弹性模量定量化测量的参考方法 74

4.2.6 扭转振动模式下测量剪切模量、泊松比及摩擦力 75

4.3 扫描探针声学显微术测试系统实验实现 79

4.3.1 概述 79

4.3.2 测试系统组成 80

4.4 扫描探针声学显微术的两种成像模式 84

4.5 液相模式下的扫描探针声学显微术 87

4.6 本章小结 89

参考文献 89

第5章 AFAM测试方法的准确度和灵敏度 92

5.1 引言 92

5.2 AFAM准确度研究 92

5.2.1 AFAM与其他微纳米力学测试技术的比较 92

5.2.2 描述悬臂梁动力学特性的模型分析 94

5.2.3 针尖样品接触力学行为和针尖磨损 96

5.2.4 AFAM测量过程中的非线性效应 99

5.2.5 影响定量化测试的其他因素 100

5.3 AFAM灵敏度研究 101

5.3.1 微悬臂各阶模态的灵敏度分析 101

5.3.2 通过附加集中质量提高测试灵敏度 104

5.3.3 激光点位置设定对微悬臂响应检测的影响 106

5.4 本章小结 108

参考文献 108

第6章 基于AFAM的黏弹性力学性能测试 110

6.1 引言 110

6.2 黏弹性力学基础 110

6.2.1 麦克斯韦模型 112

6.2.2 开尔文模型 112

6.2.3 标准线性固体模型 113

6.2.4 复模量 114

6.3 基于AFAM的黏弹性力学性能测试理论基础 115

6.3.1 针尖样品存在黏弹性作用时探针的动力学分析 115

6.3.2 针尖样品接触力学分析 117

6.3.3 简谐激励下探针的动力学响应 117

6.4 AFAM用于材料黏弹性力学性能测试及成像 119

6.5 本章小结 126

参考文献 127

第7章 扫描探针声学显微术在材料测试方面的应用 129

7.1 引言 129

7.2 纤维增强复合材料领域的应用 129

7.3 智能材料领域的应用 133

7.4 生物材料领域的应用 136

7.5 薄膜及纳米材料领域的应用 141

7.6 本章小结 149

参考文献 149

第8章 原子力显微镜多频成像技术 153

8.1 引言 153

8.2 动态（轻敲）模式原子力显微镜 153

8.3 动态模式下针尖样品之间力-距离曲线的重构 157

8.4 针尖样品间能量损耗测量 160

8.5 多频成像技术成像模式及其应用 163

8.5.1 双模态或多模态动态成像 164

8.5.2 弯曲振动高次谐波成像 171

8.5.3 频带激励 173

8.5.4 扭转高次谐波成像 174

8.5.5 扫描近场声全息 178

8.6 本章小结 181

参考文献 181

索引 184