Измерение модуля упругости материалов методом силовой спектроскопии

На базе «НаноСкан» разработан метод для измерения абсолютного значения модуля упругости материалов. Методика измерения заключается в том, что зондовый датчик, колеблющийся в направлении нормали к поверхности образца с амплитудой менее 10 нм и частотой ~10 кГц, вводится в контакт с поверхностью. В результате взаимодействия наконечника с материалом частота колебаний зонда возрастает по мере прижима к поверхности.

В соответствии с математическим описанием на основе модели Герца, угол наклона зависимости частоты колебаний от глубины внедрения (кривой подвода) пропорционален модулю упругости исследуемого материала.
Перед измерениями производится калибровка на эталонных материалах с известным значением модуля упругости. Значение модуля упругости определяется по соотношению углов наклона кривых подвода для исследуемого и эталонных материалов.

Схема измерения кривой подвода
Наклон результирующей кривой Δf характеризует модуль упругости образца. Схема измерения «кривой подвода».

Данный метод является неразрушающим и позволяет проводить корректные измерения модуля упругости материалов до 1000 ГПа в приповерхностном слое толщиной менее 100 нм. В частности, возможно измерять модуль упругости тонких пленок без привнесения влияния подложки.
Сравнительные измерения, проведенные на различных материалах, подтверждают возможность корректного применения описанного метода в широком диапазоне значений модуля упругости.