纳米压痕仪工作原理

纳米压痕技术及其应用

傅杰

摘要： 纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术，是最简单的测试材料力学性质的方法之一，在

材料科学的各个领域都得到了广泛的应用，本文主要针对纳米压痕技术及其应用做一个简单概述。

关键字：纳米压痕技术，应用 一、引言

传统的压痕测量是将一特定形状和尺寸的压头在一垂直压力下将其压入试样，当压力撤除后。通过测量压痕的断截面面积，人们可以得到被测材料的硬度这种测量方法的缺点之一是仅仅能够得到材料的塑性性质。另外一个缺点就是这种测量方法只能适用于较大尺寸的试样。

新兴纳米压痕方法是通过计算机控制载荷连续变化, 在线监测压深量, 由于施加的是超低载荷, 加上监测传感器具有优于1 nm 的位移分辨率, 所以, 可以获得小到纳米级的压深, 它特别适用于测量薄膜、镀层、微机电系统中的材料等微小体积材料力学性能可以在纳米尺度上测量材料的各种力学性质，如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为等???。

二、纳米压痕技术概述

纳米硬度计主要由轴向移动线圈、加载单元、金刚石压头和控制单元等四部分组成。压头材料一般为金刚石，常用的有伯克维奇压头(Berkovich)和维氏(Vicker)压头。压入载荷的测量和控制是通

纳米压痕实验报告

姓名：张永钦 学号： 专业：力学 班级：

15120982 15-01

一、实验目的

1. 了解材料微纳米力学测试系统的构造、工作原理。 2. 掌握载荷-位移曲线的分析手段。 3. 用纳米压痕方法测定的杨氏模量与硬度。

二、实验仪器和设备

TriboIndenter型材料微纳米力学测试系统

三、实验原理与方法

纳米压痕技术又称深度敏感压痕技术，它通过计算机控制载荷连续变化，并在线监测压入深度。一个完整的压痕过程包括两个步骤，即所谓的加载过程与卸载过程。在加

载荷 加载曲线 载过程中，给压头施加外载荷，使之压入样品表面，随着载荷的增大，压头压入样品的深度也随之增加，当载荷达到最大值时，移除外载，样品表面会存在残留的压痕痕迹。图1为典型的载荷-位移曲线。

从图1中可以清楚地看出，随着实验载荷的不断增大，位移不断增加，当载荷达到最大值时，位移亦达到最大值即最大压痕深

卸载曲线 Pmax S hr hmax 位移

图1 典型的载荷-位移曲线

度hmax；随后卸载，位移最终回到一固定值，此时的深度叫残留

数值模拟在纳米压痕技术中的重要意义

贵所-材料学 李泽丽-20121005

纳米材料由于其特殊的力学性能引起了人们的广泛关注，例如高的强度、硬度、耐磨性、延展性以及低温超塑性等。纳米材料之所以表现出这些特殊的性能与材料内部结构和变形机制密切相关。

纳米压痕技术是一种相对简单有效地评估薄膜材料力学性能的方法，通过纳米压痕实验不仅可以获得材料的相关性能参量，而且能够反映材料弹塑性转变的机制，揭示微观组织结构与宏观力学性能的关系。然而，纳米压痕是一个复杂的接触问题，进行纳米压痕试验时受到诸多因素的影响，例如材料表面粗糙度，衬底效应，晶界效应，压头几何形状，晶格各项异性和压痕尺寸效应等，即便是在相同的设备和试验条件下纳米压痕试验过程的重复性也不能得到保证，因此需要采用数值模拟方法对纳米压痕过程进行研究。

计算机数值模拟是独立于理论分析和实验研究的第三种手段，是沟通理论和实验的桥梁。与实验研究相比，数值模拟可实现在实验上很难或根本无法完成的研究；与理论研究相比，数值模拟无需过于简化的假设，能够接近实际的复杂情况，获得实验无法测量的结果，并深入揭示它们的内在行为机制。目前，研究材料纳米压痕的常用数值模拟方法主要有三种:有限元 (Finiteelemen

浊度仪的工作原理

浊度仪(浊度计)

一 浊度计/浊度仪原理

浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉尘、微细有机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水中呈现浊度。本浊度仪（浊度计）采用900散射光原理。由光源发出的平行光束通过溶液时，一部分被吸收和散射，另一部分透过溶液。与入射光成900方向的散射光强度符合雷莱公式：

Is=((KNV2)/λ)×I0

其中：I0——入射光强度 Is——散射光强度 N——单位溶液微粒数 V——微粒体积 λ——入射光波长 K——系数

在入射光恒定条件下，在一定浊度范围内，散射光强度与溶液的混浊度成正比。 上式可表示为：Is/I0= K′N （K′为常数）

根据这一公式，可以通过测量水样中微粒的散射光强度来测量水样的浊度。 二、 浊度计/浊度仪主要技术性能

浊度仪（浊度计）是高精度测量仪，采用四位LED数字显示，具有自动切换量程，稳定准确，使用方便等特点，广泛适用于食品、石油、化工、环境监测、医药卫生等行业。

1、测量范围： 0～1000度。分0～5、5～25、25～100、100～400、400～800、800-1000六个量程（度是1个Formazine浊度单位，对于散射

差热分析仪原理及其应用

差热分析仪是通过加热过程中的吸热和放热的行为以及材料的重量变化来研究材料加热时所发生的物理化学变化过程。通常差热分析仪是材料科学方面的最基本的设备之一。

差热分析仪的组成

一般的差热分析仪由加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统等组成。有些型号的产品也包括气氛控制系统和压力控制系统。现将各部分简介如下：

差热分析仪构造

差热分析的测定原理

差热分析是利用差热电偶来测定热中性体与被测试样在加热过程中的温差将差热电偶的两个热端分别插在热中性体和被测试样中，在均匀加热过程中，若试样不发生物理化学变化，没有热效应产生，则试样与热中性体之间无温差，差热电偶两端的热电势互相抵消，若试样发生了物理化学变化，有热效应产生，试样与热中性体之问就有温差产生，差热电偶就会产生温差电势。将测得的试样与热中性体问的温差对时间(或温度)作图，就得到差热曲线(DTA曲线)。在试样没有热效应时，由于温差是零，差热曲线为水平线；在有热效应时，曲线上便会出现峰或谷。曲线开始转折的地方代表试样物理化学变化的开始，峰或谷的顶点表示试样变化最剧烈的温度，热效应越大，则峰或谷越高，面积越大。

差热分析仪主要由温度控制系统和差热信号测量系统组成，辅之以气氛和冷

差热分析仪原理及其应用

差热分析仪是通过加热过程中的吸热和放热的行为以及材料的重量变化来研究材料加热时所发生的物理化学变化过程。通常差热分析仪是材料科学方面的最基本的设备之一。

差热分析仪的组成

一般的差热分析仪由加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统等组成。有些型号的产品也包括气氛控制系统和压力控制系统。现将各部分简介如下：

差热分析仪构造

差热分析的测定原理

差热分析是利用差热电偶来测定热中性体与被测试样在加热过程中的温差将差热电偶的两个热端分别插在热中性体和被测试样中，在均匀加热过程中，若试样不发生物理化学变化，没有热效应产生，则试样与热中性体之间无温差，差热电偶两端的热电势互相抵消，若试样发生了物理化学变化，有热效应产生，试样与热中性体之问就有温差产生，差热电偶就会产生温差电势。将测得的试样与热中性体问的温差对时间(或温度)作图，就得到差热曲线(DTA曲线)。在试样没有热效应时，由于温差是零，差热曲线为水平线；在有热效应时，曲线上便会出现峰或谷。曲线开始转折的地方代表试样物理化学变化的开始，峰或谷的顶点表示试样变化最剧烈的温度，热效应越大，则峰或谷越高，面积越大。

差热分析仪主要由温度控制系统和差热信号测量系统组成，辅之以气氛和冷

摘要

椭偏术是一种利用线偏振光经样品反射后转变为椭圆偏振光这一性质以获得样品的光学常数的光谱测量方法。本文主要介绍了椭偏仪的光学原理。比较了不同类型椭偏仪的异同点，对椭偏仪的工作特点和应用进行了说明，并展望了今后的发展趋势。对于学习和了解椭偏仪具有较好的指导效果。

关键词：光学原理、椭偏仪、推导

Abstract

Ellipsometry is the spectral measurement that reflects the linearly polarized light by the sample in order to obtain its optical constant. This paper is to mainly introduce the optics principle of the ellipse leaning meter. Pointing out the similarities and differences among different types of ellipse leaning meter, it explains the feature and the application of the el

脉搏血氧仪原理

今天主要向大家介绍脉搏血氧仪，一个是介绍脉搏血氧仪的工作原理；另外，面临在精确测量时候的挑战，也包括器件选型，最后我们

会有几张图片介绍ADI的参考设计。

做过监护血氧仪、指甲式血氧仪都清楚，监护仪里面是带有血氧的模块，还有比较小的指甲式的，就是偏向于家用、个人用的，模式是

不一样的。什么是脉搏血氧仪？首先讲一下氧气，大家知道人需要氧气活着，氧气怎么样让人活下去？氧气在血液当中的红细胞，由红

细胞通过动脉供养给毛细血管。脉搏血氧仪测量的对于是血氧的饱和度，我们用SpO2，SpO2测量怎么出来？是代表实际含氧量与全氧

饱和度的比值。刚才有介绍氧气怎么样传递到人体各个器官、毛细血管，里面就是靠红细胞，红细胞其实很小，非常、非常小，我们这

里列了尺寸，是6-8微米的直径，厚度是2微米，每个细胞的寿命是100-120天，会回收再生。这些细胞是骨髓产生的，所以每个细胞

需要7天的时间才能产生，跟电子不是直接有关，但如果不了解的话讲一讲还是有点意思。成人的体内细胞产生是每秒钟400万个，我

们由荷尔蒙EPO刺激产生的，运动员会注射这些激素，红细胞越多携带氧气的能力越强，竞赛的过程当中对没有注射的来讲是不公平的，

所以在体育激素里面的故事会听到。每个成人有

PCR仪的原理及其操作应用 §1. PCR仪的技术原理 §2. PCR仪的分类与应用 §3. PCR仪的操作步骤轻纺与食品学院 报告人：裴乐乐 指导老师：林教授

§1.PCR原理简介PCR(Polymerase Chain Reaction)即聚 合酶链式反应，主要用于DNA片段的体外 扩增，基本原理类似于DNA的天然复制过 程 ，其特异性依赖于与靶序列两端互补的 寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三 个基本反应步骤构成。

PCR原理示意图

PCR Cycle - Step 1 - Denaturation Template DNA by Heat (94oC)Target Sequence

Target Sequence

①模板DNA的变性：模板DNA经加热至94℃左右一定时 间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解 离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准 备；

PCR Cycle - Step 2 – Temperature is lowered (Tm ) and primers anneal to target sequences

②模板DNA与引物的退火(复性):模

PCR仪的原理及其操作应用 §1. PCR仪的技术原理 §2. PCR仪的分类与应用 §3. PCR仪的操作步骤轻纺与食品学院 报告人：裴乐乐 指导老师：林教授

§1.PCR原理简介PCR(Polymerase Chain Reaction)即聚 合酶链式反应，主要用于DNA片段的体外 扩增，基本原理类似于DNA的天然复制过 程 ，其特异性依赖于与靶序列两端互补的 寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三 个基本反应步骤构成。

PCR原理示意图

PCR Cycle - Step 1 - Denaturation Template DNA by Heat (94oC)Target Sequence

Target Sequence

①模板DNA的变性：模板DNA经加热至94℃左右一定时 间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解 离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准 备；

PCR Cycle - Step 2 – Temperature is lowered (Tm ) and primers anneal to target sequences

②模板DNA与引物的退火(复性):模