ナノスケールでの高弾性材料の定量的マッピング：原子間力顕微鏡とナノインデンテーションの比較研究

Quantitative mapping of high modulus materials at the nanoscale: comparative study between Atomic Force Microscopy and Nanoindentation.

• R Coq Germanicus
• D Mercier
• F Agrebi
• M Fèbvre
• D Mariolle
• Ph Descamps
• Ph Leclère

抄録

サブミクロンの特徴の局所的な機械的特性は、マクロな材料の性能や挙動に影響を与えるため、特に注目されている。本研究では、最新の原子間力顕微鏡(AFM)モードを用いて、各ピクセルでピーク力の設定点を細かく制御することで、局所的なナノ力学的測定に焦点を当てている。プローブキャリブレーション後、マッピングに使用したスチールカンチレバー付きの2つのAFMハンドクラフト天然フルダイヤモンドチップのバネ定数の影響を評価する。各ピクセルでのカンチレバーのたわみの高速捕捉と弾性領域でのリアルタイム力曲線解析に基づいて、エポキシ樹脂マトリックスに組み込まれたシリカビーズ(50GPa以上)のAFMによる局所的に測定された接触弾性率マッピングを、従来の計測器によるナノインデンテーション試験を用いて決定されたものと比較した。我々の分析では、局所的な残留変形を伴わない2つのAFMプローブを用いて、この先進的なAFMモードで測定されたシリカビーズの高弾性率は、従来のナノインデンテーションで測定された値の標準偏差内に収まっていることが示された。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

Local mechanical properties of sub-micron features are of particular interest due to their influence on macroscopic material performance and behavior. This study is focused on local nanomechanical measurements, based on the latest Atomic Force Microscopy (AFM) mode, where the peak force set point is finely controlled at each pixel. After probe calibration, we evaluate the impact of spring constant of two AFM hand-crafted natural full diamond tips with steel cantilevers, used for mapping. Based on the fast capture of the cantilever deflection at each pixel and real time force curve analysis in the elastic region, AFM local measured contact moduli mappings of the silica beads (> 50 GPa) incorporated in an epoxy resin matrix, are compared with those determined using classical instrumented nanoindentation tests. Our analyses show that with the two AFM probes, without local residual deformation, the high moduli of the silica beads measured with this advanced AFM mode are within the standard deviation of the values determined by classical nanoindentation. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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