【技术实现步骤摘要】
经由原子力显微镜进行纳米级动态力学分析(AFM
‑
NDMA)
[0001]本申请是申请日为2019年8月2日,申请号为201980052345.2,专利技术名称为“经由原子力显微镜进行纳米级动态力学分析(AFM
‑
NDMA)”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉参考
[0003]本专利申请要求提交于2018年8月6日的第62/715,166号美国临时专利申请和提交于2018年11月20日的第62/769,905号美国临时专利申请的优先权。上述专利申请中的每个的公开内容通过引用并入本文。
[0004]本专利技术总体涉及确定材料的动态力学性质的方法,并且更具体地,涉及在特定频率范围内——实际上在与软材料的流变学有关的低频范围内使用原子力显微镜执行的材料的纳米级的流变学。
[0005]背景
[0006]动态力学分析(DMA)是一种测量方法,其被设计成表征不同材料(诸如金属、复合材料、聚合物、弹性体等)的粘弹性力学性质。
[0007]粘弹性被认为是在经历变形时既表现出粘性又表现出弹性的那些材料的性质。应力下的粘性材料通常会抵抗剪切流,并随时间线性应变。弹性材料在拉伸时会应变,并且一旦应力被移除,它们会迅速返回到其初始状态。考虑到粘弹性,固体材料响应于负载力(应力)表现出的变形(应变)通常是时间相关的:该种变形(应变)不仅取决于负载(应力)的大小,而且取决于加载的速率(~加载速率)和松弛时间。
[0008]根据宏观(或整体)DMA流变学表征过 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于利用基于原子力显微镜(AFM)的系统确定软粘弹性样品的力学性质的方法,所述方法包括:在维持以下中的至少一项基本上恒定时,将所述系统的探头朝向所述粘弹性样品的表面重新定位,直到所述探头的悬臂相对于所述悬臂的标称取向偏转了预定量为止:i)由所述系统的探头生成的平均样品加载力,以及ii)在所述探头的尖端与所述粘弹性样品的表面之间的接触面积,所述粘弹性样品被配置为具有不高于10GPa的杨氏模量值的薄膜或复合材料;以及在不使用锁定检测或基于快速傅立叶变换分析的情况下,在0.001Hz至1000Hz的范围内的一组频率下测量所述样品的表面的粘弹性参数。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量包括:在第一时间段期间,从所述系统的电子电路的传感器采集在所述一组频率中的一频率下的第一组电信号,以确定所述表面随着所述探头的尖端的变形的深度,以及在第二时间段期间,从所述系统的电子电路的传感器采集在参考频率下的第二组电信号,以补偿由所述表面的蠕变引起的所述接触面积的变化,其中,所述传感器包括偏转传感器和被配置为测量所述探头相对于所述表面的位置的传感器中的至少一者。3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述采集所述第一组电信号和所述采集所述第二组电信号是彼此交替的过程。4.根据权利要求2所述的方法,还包括基于确定在所述探头的尖端与所述样品的表面之间的接触的动态刚度的变化来补偿所述接触面积的变化。5.根据权利要求2所述的方法,其中,所述参考频率不包括在所述一组频率中。6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量是在所述一组频率中的多个频率下同时进行的。7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述维持包括在所述一组频率中的给定激发频率下调制由所述探头施加到所述样品的样品加载力。8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述调制所述样品加载力是通过以下方式来执行的:在所述一组频率中的每个给定激发频率下将所述样品加载力的每个振荡分量的幅度和相位调整到分别对应的目标值,同时所述调整取决于所述样品的材料对被施加经调制的样品加载力的响应。9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述维持包括在调制在所述样品的表面与所述探头的基部之间的间隔的同时,维持所述平均样品加载力基本上恒定。10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量包括在补偿所述表面的蠕变和所述系统的空间漂移中的至少一者的同时测量所述粘弹性参数。11.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量所述粘弹性参数包括执行所述系统的操作的双通道解调以同时测量由所述探头施加在所述样品上的激发力和由所述激发力引起的所述样品的表面的变形两者。12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述执行双通道解调包括:组合在所述测量期间分别从所述系统的电子电路的第一传感器和所述系统的所述电子电路的第二传感器接
收的第一数据和第二数据,其中,所述第一数据表示所述探头相对于所述表面的位置,并且所述第二数据表示所述探头的悬臂相对于所述标称取向的偏转度。13.根据权利要求11所述的方法,其中,所述执行双通道解调包括对已从所述系统的数据采集电子电路的两个通道中的至少一个通道接收的信号数据中的漂移引起的变化和蠕变引起的变化中的至少一者引入校正。14.根据权利要求1所述的方法,还包括将所述系统的操作暂停一...
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