Nanoindentaatio

Mitä on nanoindentaatio?

Nanoindentaatio on menetelmä, jolla mitataan mekaanisia ominaisuuksia, kuten kimmokerrointa ja kovuutta. Se soveltuu myös materiaalin jäykkyyden, murtumissitkeyden, delaminaation, vetolujuuden ja jännitysrelaksaation määritykseen. Nanoindentaatio soveltuu käytettäväksi hyvin pienikokoisille näytteille ja suuremmista näytteistä rajatuille alueille. Nanoindentaatiota käytetään laajasti esimerkiksi konetekniikassa ja tuotekehityksessä. Käsitteenä nanoindentaatio pitää sisällään muutamia erilaisia menetelmiä, kuten kvasistaattinen, dynaaminen ja jatkuva jäykkyysmittaus. Perinteinen testausmenetelmä koostuu yksinkertaisesta kvasistaattisesta kuorman tunkeumasta. Kuorman ja painaumasyvyyden avulla lasketaan kyseisen näytemateriaalin mekaaniset ominaisuudet. Dynaaminen nanoindentaatio käyttää värähtelevää kuorman vaihtelua testattavan materiaalin ominaisuuksien tutkimiseen. Jatkuva jäykkyysmittaus (Continuous Stiffness Measurement, CSM) yhdistää staattisen ja dynaamisen kuormituksen tunkeuman aikana. Tämä mahdollistaa syvyydestä riippuvien ominaisuuksien mittaamisen nopeasti ja tehokkaasti.

Miten nanoindentaatio toimii?

Nanoindentaatiossa näytteen pinnan painamiseen käytetään erittäin pientä koettimen kärkeä, joka on yleensä valmistettu timantista tai muusta kovasta materiaalista. Järjestelmä mittaa kärkeen kohdistuvaa kuormitusta sekä painauman syvyyttä koko prosessin ajan. Nanoindentaatiolla voidaan määrittää materiaalin fysikaalisia ominaisuuksia, kuten kuinka paljon se vastustaa siihen kohdistettua voimaa ja kuinka hyvin pinta palautuu voiman poistamisen jälkeen. Kimmokerroin ja kovuus voidaan laskea tunkeutumissyvyyden, kosketussyvyyden ja kosketuspinta-alan avulla. Mitä kovempaa materiaali on, sitä pienempi painauma syntyy.

Nanoindentaatio ja atomivoimamikroskopia

Atomivoimamikroskoopeilla on kyky suorittaa samanlainen analyysi kuin nanoindentaatiolla, kunhan näytemateriaali on pehmeämpää kuin AFM-laitteen koettimen kärki. Pinnanmuodot jäljitetään koettimella ja sijaintitiedot tallennetaan näytteen pinnan topografisten mittausten mukana. Saatujen tietojen avulla voidaan tuottaa kuva pinnasta pienessä mittakaavassa, ja muodostunutta kuvaa voidaan analysoida edelleen. Nykyaikaisimmat nanoindentaatio-instrumentit voidaan liittää suoraan AFM:ään tehokkaimpien ja tarkimpien mittausten saavuttamiseksi.

Mihin nanoindentaatiota käytetään?

Nanoindentaatiota käytetään materiaalien karakterisointiin monilla eri tieteen ja tekniikan aloilla. Se soveltuu laajasti kaikenlaisille materiaaleille. Yksinkertaisena ja tehokkaana analyysimenetelmänä nanoindentaatio on hyvin yleisesti käytössä oleva materiaalien mekaaninen testausmenetelmä. Yksi nanoindentaation selkeä etu on sen soveltuvuus hyvin pienien näytekokojen mittaukseen. Sitä voidaan käyttää myös tietyn alueen analysointiin suurissa näytteissä. Nanoindentaatiota voidaan käyttää elektroniikassa, pakkauksissa, biologisissa näytteissä, rakennusmateriaaleissa ja polymeerien karakterisoinnissa. Nanoindentaatiota käytetään tyypillisesti ohuille kalvoille, metalliseoksille, pehmytkudoksille, pinnoitteille ja komposiiteille. Menetelmä on erityisen hyödyllinen nykyteknologiassa, jossa komponentit pienenevät jatkuvasti. Nanoindentaatio on erinomainen tapa analysoida pieniä rakenteita ja kerätä arvokasta tietoa niiden fysikaalisista ominaisuuksista.

Soveltuvat näytteet ja esivalmistelu

Periaatteessa nanoindentaatio ei vaadi näytteen valmistelua. Irralliset näytteet ja esineet eivät kuitenkaan yleensä ole suoraan sopivia laitteeseen laitettavaksi. Jos näyte irrallinen, se voidaan liimata AFM-näytelevylle, lasilevylle tai kiekolle. Näytteen pinnan karheus vaikuttaa mitattuihin mekaanisiin ominaisuuksiin. Tästä syystä näytteen pinnan karheuden tulee olla riittävän suuri verrattuna koettimen kärjen pinta-alaan.

Nanoindentaation rajoitteet

Materiaalin ominaisuuksista riippuen näytemateriaalin "kasaantuminen" tai "uppoaminen" voi aiheuttaa ongelmia tunkeuman syvyyden laskennassa. Tästä syystä mittaukset joko erittäin pehmeillä tai erittäin karkeilla pinnoilla voivat olla haastavia tai jopa mahdottomia.

Tarvitsetko nanoindentaatio-analyysin?

Me tarjoamme laadukkaita nanoindentaatio-analyysejä kilpailukykyiseen hintaan. Asiantuntijamme ovat myös aina valmiita auttamaan jos sinulla on kysymyksiä näytteisiisi tai niiden soveltuvuuteen liittyen. Ota meihin yhteyttä alla olevan lomakkeen kautta tai sähköpostitse info@measurlabs.com.