目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 微納米力學(xué)測試的意義和必要性 1
1.2 微納米力學(xué)測試方法的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3
1.3 本書的主要內(nèi)容和安排 8
參考文獻(xiàn) 9
第2章 接觸力學(xué)與納米壓痕方法 13
2.1 引言 13
2.2 接觸力學(xué) 14
2.2.1 赫茲接觸 14
2.2.2 赫茲接觸的基本公式 16
2.2.3 圓錐形壓針與彈性半空間的接觸力學(xué)分析 17
2.2.4 彈塑性接觸 18
2.3 納米壓痕測試原理及實(shí)驗(yàn)方法 19
2.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)納米壓痕測試 19
2.3.2 動態(tài)納米壓痕測試 22
2.3.3 影響納米壓痕測試的常見因素 23
2.4 納米壓痕應(yīng)用簡介 24
2.4.1 薄膜系統(tǒng)力學(xué)性能的測試 24
2.4.2 納米壓痕對材料界面的表征 27
2.5 本章小結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 30
第3章 原子力顯微鏡及力--距離曲線測試方法 32
3.1 引言 32
3.2 AFM 基本原理 33
3.2.1 AFM 基本原理及組成 33
3.2.2 AFM 探針 35
3.2.3 位敏檢測器 37
3.3 AFM 工作模式 38
3.3.1 接觸模式 38
3.3.2 輕敲模式 39
3.3.3 非接觸模式 41
3.3.4 輕敲抬起模式 42
3.3.5 輕敲模式下的相位成像技術(shù) 42
3.3.6 AFM 在液相環(huán)境下的使用 42
3.3.7 環(huán)境控制 AFM 成像 43
3.4 AFM 樣品制備以及成像過程中的一些常見問題和解決方案 44
3.4.1 AFM 測試樣品制備 44
3.4.2 AFM 成像常見問題及解決方案 44
3.5 基于 AFM 的力-距離曲線測試方法 46
3.5.1 概述 46
3.5.2 微懸臂的彈性常數(shù)和共振頻率的校準(zhǔn) 50
3.5.3 針尖樣品之間常見的作用力 54
3.6 力-距離曲線在低維納米材料力學(xué)和細(xì)胞力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 57
3.6.1 力-距離曲線用于低維納米材料力學(xué)性能測試 57
3.6.2 力-距離曲線用于細(xì)胞的納米力學(xué)性能測試 60
3.7 本章小結(jié) 63
參考文獻(xiàn) 63
第4章 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)原理及實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 65
4.1 引言 65
4.2 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)定量化納米力學(xué)測試基礎(chǔ) 65
4.2.1 探針微懸臂的彎曲自由振動分析 66
4.2.2 懸臂梁模型與彈簧質(zhì)量模型的等效 67
4.2.3 針尖與樣品表面接觸時(shí)懸臂梁的彎曲振動分析 68
4.2.4 針尖與樣品之間的法向接觸力學(xué)分析 72
4.2.5 彈性模量定量化測量的參考方法 74
4.2.6 扭轉(zhuǎn)振動模式下測量剪切模量、泊松比及摩擦力 75
4.3 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 79
4.3.1 概述 79
4.3.2 測試系統(tǒng)組成 80
4.4 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)的兩種成像模式 84
4.5 液相模式下的掃描探針聲學(xué)顯微術(shù) 87
4.6 本章小結(jié) 89
參考文獻(xiàn) 89
第5章 AFAM 測試方法的準(zhǔn)確度和靈敏度 92
5.1 引言 92
5.2 AFAM 準(zhǔn)確度研究 92
5.2.1 AFAM 與其他微納米力學(xué)測試技術(shù)的比較 92
5.2.2 描述懸臂梁動力學(xué)特性的模型分析 94
5.2.3 針尖樣品接觸力學(xué)行為和針尖磨損 96
5.2.4 AFAM 測量過程中的非線性效應(yīng) 99
5.2.5 影響定量化測試的其他因素 100
5.3 AFAM 靈敏度研究 101
5.3.1 微懸臂各階模態(tài)的靈敏度分析 101
5.3.2 通過附加集中質(zhì)量提高測試靈敏度 104
5.3.3 激光點(diǎn)位置設(shè)定對微懸臂響應(yīng)檢測的影響 106
5.4 本章小結(jié) 108
參考文獻(xiàn) 108
第6章 基于 AFAM 的黏彈性力學(xué)性能測試 110
6.1 引言 110
6.2 黏彈性力學(xué)基礎(chǔ) 110
6.2.1 麥克斯韋模型 112
6.2.2 開爾文模型 112
6.2.3 標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型 113
6.2.4 復(fù)模量 114
6.3 基于 AFAM 的黏彈性力學(xué)性能測試?yán)碚摶�礎(chǔ) 115
6.3.1 針尖樣品存在黏彈性作用時(shí)探針的動力學(xué)分析 115
6.3.2 針尖樣品接觸力學(xué)分析 117
6.3.3 簡諧激勵(lì)下探針的動力學(xué)響應(yīng) 117
6.4 AFAM 用于材料黏彈性力學(xué)性能測試及成像 119
6.5 本章小結(jié) 126
參考文獻(xiàn) 127
第7章 掃描探針聲學(xué)顯微術(shù)在材料測試方面的應(yīng)用 129
7.1 引言 129
7.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用 129
7.3 智能材料領(lǐng)域的應(yīng)用 133
7.4 生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用 136
7.5 薄膜及納米材料領(lǐng)域的應(yīng)用 141
7.6 本章小結(jié) 149
參考文獻(xiàn) 149
第8章 原子力顯微鏡多頻成像技術(shù) 153
8.1 引言 153
8.2 動態(tài) (輕敲) 模式原子力顯微鏡 153
8.3 動態(tài)模式下針尖樣品之間力-距離曲線的重構(gòu) 157
8.4 針尖樣品間能量損耗測量 160
8.5 多頻成像技術(shù)成像模式及其應(yīng)用 163
8.5.1 雙模態(tài)或多模態(tài)動態(tài)成像 164
8.5.2 彎曲振動高次諧波成像 171
8.5.3 頻帶激勵(lì) 173
8.5.4 扭轉(zhuǎn)高次諧波成像 174
8.5.5 掃描近場聲全息 178
8.6 本章小結(jié) 181
參考文獻(xiàn) 181
索引 184
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