ナノメカニカルテスト

ヒシトロン・ナノインテンターズ

材料の小さな容積の機械的特性を定量的に測定するように設計された深度感知インダンター

ナノインテンターの概要

ナノインダンターは、深度センシングインテンターまたはインストルメントインターとも呼ばれ、少量の材料の機械的特性を定量的に測定するように設計された機器です。ナノインデンターは、ナノインデンテーションプローブを材料の表面に押し込み、適用されたプローブフォースと結果として生じるプローブ変位との関係を測定することによって動作します。力と変位曲線は、ナノスケールで定量的機械的特性を計算できる材料の機械的指紋です。

インデンテーション試験は、材料の硬さを測定するために1世紀以上にわたって利用されてきました。従来の硬度試験では、残差インデント印象のサイズを物理的に測定して硬度値(適用力の関数をインデント印象の大きさで割った値)を得る必要があります。残差の寸法を測定する要件は、効率的かつ確実に実行できるテストの規模に下限を設定します。nanoindenterシステムの深度感知機能により、インデント印象のサイズを測定する必要がなくなり、小体積の機械的特性特性特性の精度、精度、スループットが向上します。

ナノインテンターシステムは、薄膜や低次元材料の特性評価に利用されるだけでなく、バルクエンジニアリング材料の開発を加速するために日常的に利用されています。バルク材料内の個々の粒度/位相/インタフェースを特徴付ける機能により、構造特性と処理とパフォーマンスの関係をより深く理解できます。ナノスケールでの定量的機械的特徴づけと構造特性最適化を組み合わせることは、今日の材料開発の基礎の一つです。

ナノインテンターシステムは、様々なナノスケールの機械的特性を定量的に測定するために使用されます。ナノインテンターベースの技術は、硬度測定に加えて、弾性率、クリープ、応力緩和、粘弾性特性、界面接着、およびサブマイクロメートル長スケールでの破壊靭性特性を可能にします。

プライマリナノインダンターコンポーネント

  • トランスデューサ: ナノインダンターシステムの最も重要な要素の1つは、トランスデューサーです。トランスデューサは、ナノインデント測定中に適用されたプローブフォースとプローブ変位を継続的に測定する高精度アクチュエータです。トランスデューサおよびサポート制御エレクトロニクスのノイズフロアは、ナノインダンターによって達成できるテストの下限を定義します。トランスデューサの感度と安定性は、ナノスケールでの機械的特性の精度と信頼性に直接影響します。Brukerのヒシトロンナノインダンターは、nN力と亜オングストローム変位測定機能を提供する容量性トランスデューサ技術を利用して、無敗のナノスケールの機械的特性解析を実現します。

  • コントローラ: 変換器の操作とデータ取得は、高度な制御システムを通じて実現されます。Nanoindenterシステムは、主に閉ループ負荷制御または変位制御モードで動作します。フィードバック制御ループの速度は、システムがナノインデントプロセス中に変化する接触条件にどのように応答するか、およびシステムが定義されたテスト機能をどれだけ正確に実行するかを決定します。ナノメカニカルテスト中の最高精度を実現するには、高速フィードバック制御ループ、低信号ノイズ、高帯域幅トランスデューサが必要です。さらに、ナノインデントプロセス中に発生する可能性のある突然の過渡事象(例えば、破壊、剥離、転位核形成、位相変化など)を特定するために、データ取得率が必要です。HysitronのPerformechの高度制御モジュールはナノの高層化制御技術の標準を設定し、企業の主要な騒音の床(0.02 nmの変位雑音、2 nN力の騒音まで)、超高速フィードバック制御ループ(78 kHz)、およびデータ取得速度を38 kHzまで提供する。

  • サンプルイメージング: ナノインダンターで確実にテストできる最小の材料特徴/粒子/位相は、識別できる最小の特徴です。サンプルイメージングは、バルク均質材料をテストする場合には必要ありませんが、不均一な材料や小さな構造をテストする際に非常に重要です。対象領域を特定する手段と、その領域内にナノインテンタープローブを確実に配置する能力がなければ、意味のある特徴付けは不可能である。Brukerは、精密な試験配置と信頼性の高いナノスケールの機械的特性を得るための、最も幅広いハイブリッドイメージング技術(例えば、光学、蛍光、走査プローブ顕微鏡、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、ラマン分光法など)を有しています。

  • 電動ステージング: 高精度の電動ステージングは、試験プロセスを自動化し、ナノインデンターのトランスデューサと統合された補助技術(例えば、光イメージング、蛍光顕微鏡、ラマン分光法)で撮影したデータとの間の相関関係を提供します。統合された電動式ステージングにより、大面積の機械的特性マッピング、サンプル間の移動、および自動マルチサンプルテストが可能になります。典型的には、高解像符号化された段階は関心領域の信頼できるテスト位置に利用される。

  • 防振システム: ナノスケールの機械的特性評価には、ナノインダンターを作動する環境から効果的に分離することが重要です。受動および活動的な振動分離システムは測定された結果に建物の振動の影響を最小にする。防振システムは、感度の高い表面特性測定器に対して特に最適化されていない建物で定量的なナノスケールの特性を実行することを可能にします。

  • エンクロージャ:ナノインテンターシステムは、音響障害、気流、温度変動からシステムを保護するために、環境エンクロージャ内に収納されています。Hysitronスタンドアロンのナノインダンターシステムには、カスタム設計された多層エンクロージャが組み込まれており、非理想的な環境での反復可能で信頼性の高いナノスケールの機械的特性を保証します。さらに、ナノインダンターシステムの花崗岩フレーミングは、環境エンクロージャ内の温度変動を最小限に抑え、測定中の熱ドリフトを大幅に低減する熱バッファーとして機能します。

ナノインテンター技術

過去20年間、ナノインテンターシステムは、室温で準静的なナノインデントをはるかに超えるテストを実行するように強化されました。超薄い硬膜からソフトヒドロゲルまで、ほとんどのクラスの材料のナノスケールの機械的および三bological特性を定量的に測定する技術と技術が存在します。また、環境特有の特性は、特殊な環境制御段階を利用して測定することができます。

ヒシトロン ナノインテンター計

Brukerは、ナノインダンターの最も広い範囲を開発し、製品化し、ナノメカニカルテスト技術の世界的リーダーです。当社のHysitron nanoindenter機器は、業界をリードするスタンドアロンシステムから、さまざまな顕微鏡技術とインターフェースするナノインテンターから、ハイスループットプロセス計測システムまで多岐にわいています。ヒシトロンナノインテンター製品に関する詳細は以下の通りです。

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