 |
MFP Наноиндентер |
Общие сведения и преимущества
В отличие от систем индентирования, построенных на АСМ и использующих в качестве индентора кантилевер, MFP Наноиндентер перемещает специальный индентор перпендикулярно поверхности. Такой тип перемещения позволяет избежать ошибок, характерных для систем, использующих в качестве индентора кантилевер и возникающих из-за поперечных перемещений.
По сравнению с коммерчески выпускаемыми АСМ с системами индентирования MFP Наноиндентор обеспечивает более низкие пределы обнаружения и более высокое разрешение при измерении силы и глубины индента. Все это сочетается с чрезвычайной точностью сканирования атомно-силового микроскопа.
Полная интеграция наноиндентора в атомно-силовой микроскоп позволяет проводить измерения отпечатков методами АСМ, что обеспечивает возможность анализа свойств материалов с недостижимой для методов косвеных измерений точностью.
Точность установки индентора находится в пределах долей нанометров. В состав MFP Наноиндентора входит высококачественная оптическая система, позволяющая осуществлять точное перемещение по интересующей области образца.
Интегрированное программное обеспечение предоставляет пользователю полный набор функций по управлению процессом измерения и обработке полученных результатов, включая типовые наборы фильтров.
Базовая комплектация прибора включает в себя набор инденторов, три различных держателя для образцов, два калибровочных образца, а так же набор инструментов, необходимых для проведения экспериментов на широком спектре материалов.
Доступны две версии MFP Наноиндентора: со стандартной жесткостью пружин преобразователя (4,000 Н/м) и с мягкими пружинами преобразователя (800 Н/м).
Конструкция измерительного преобразователя
В основе конструкции MFP Наноиндентора находится измерительный преобразователь - уникальная разработка компании Asylum Research. Основным источником ошибки измерений в прецезионных электромеханических преобразователях является наличие теплового дрейфа, возникающего из-за протекания тока и нагрева мелких частей преобразователя.
Отличие измерительного преобразователя MFP наноиндентора от традиционных преобразователей заключается в том, что перемещение индентора осуществляется в нем с помощью пьезоэлемента, а измерение положения осуществляется с помощью запатентованной малошумящей сенсорной системы NPS™.
Сила вычисляется из известного коэффициента упругости пружин преобразователя и их измеренного перемещения. Измерение перемещения происходит с помощью фотодиода.
Непревзойденная точность обеспечивается тем, что измеряемые величины - глубина отпечатка и сила воздействия - вычисляются на основе измерения с помощью АСМ.
В отличие от распростаненных наноинденторов, которые не имеют возможности проводить измерения силы в реальном времени, использование оптического детектора позволяет выполнять воспроизводимые измерения, количественно оценивать характеристики поверхности, строить кривые нагружения, а так же точно позиционировать индентор.
Оптическая система визуализации
Видеокамера направлена под углом 20 градусов к горизонтали и обеспечивает установку индентора на поверхности отражающего образца с точностью 20 мкм при использовании объектива с 5-ти кратным увеличением.
Конструкция оптической системы отвязана от системы индентирования и позволяет перемещать видеокамеру по образцу независимо от индентора, а так же легко производить смену объективов. В объектив встроена ирисовая диафрагма, что позволяет изменять глубину резко изображаемого пространства, а прогрмамные настройки - длительность экспозиции, яркость, контрастность и т.д.
Измерение геометрии индентора
Для количественного анализа результатов наноиндентирования черезвычайно большое значение имеет геометрическая форма индентора. Непосредственные измерения геометрии индентора - залог высокой точности и повторяемости результатов.
Большинство распространенных в настоящее время систем наноиндентирования используют косвенные методы определения геометрии индентора, такие как индентирование стандартного образца (плавленный кварц) и полагаются на некоторые теоретические и экспериментальные упрощения.
В отличие от них, MFP Наноиндентор опирается на прямые измерения, производимые с помощью кантилевера атомно-силового микроскопа. Измеряя площадь пятна контакта и соотнося её с глубиной индентирования можно судить о состоянии вершины индентора. Тем самым обеспечивается отсутствие ошибки приближений. Кроме того, АСМ позволяет проводить отбраковку испорченных или изношенных инденторов еще до начала измерений.
Возможные варианты установки MFP Наноиндентора
1) АСМ и MFP Наноиндентор
Данная конфигурация обеспечивает наиболее широкий функционал и максимальную гибкость как для наноиндентирования, так и для получения атомно-силовых изображений. В этом случае в состав измерительной системы входят непосредственно система АСМ MFP-3D, специальная измерительная головка наноиндентора и оптическая система наноиндентора.
Данная конфигурация наиболее подходит для клиентов часто выполняющих наноиндентирования, а так же для лабораторий, где АСМ используется несколькими пользователями как для целей атомно-силовой микроскопии, так и для наноиндентирования.
В базовую комплектацию входят система контроля и управления ARC2™ (контроллер, персональный компьютер и дисплеи), системы визуализации с видом сверху, либо система Dual View (выбирается пользователем), измерительная головка MFP Наноиндентора (в одном из двух вариантов исполнения - со стандартными, либо с мягкими пружинами), два алмазных стилуса (кубический и пирамида Берковича) и одна сапфировая сфера, рубиновый пробный щуп, калибровочные данные для пружин преобразователя и набор держателей для образцов.
2) Установка MFP Наноиндентора на существующую систему АСМ MFP-3D
Наноиндентор может быть установлен как дополнительная опция для АСМ MFP-3D и использоваться взаимозаменяемо с MFP-3D сканером.
Спецификация
Измерительная головка MFP Наноиндентора
Пьезоэлектрический пружинный преобразователь с системой NPS™ и системой определения положения индентора SLD.
Оптическая система.
Конструкция объективов позволяет изменять фокусное расстояние, глубину резкости, насыщенность и цветовую гамму изображений. Объектив расположен под углом 20 градусов к горизонтали. Предметный столик снабжен микрометрическими регулировками.
Измерительный преобразователь
Диапазон измерений
Z-ось - 15 мкм (40 мкм опционально)
X-Y-оси - 90 мкм
Скорость приложения нагрузки - 1мкН/с - 10 мН/с
Размеры держателй для образцов
Малый - ?12,7 мм, Средний - ?50,8 мм, Большой - 101,6 Х 61 мм.
Предметный столик
Столик с микрометрической резьбой для перемещения индентора.
Инденторы
Компания Asylum Research предоставляет широкий выбор наноинденторов с типовой или с уникальной геометрией. В базовую комплектацию каждой системы входят два наноиндентора (с квадратным окончанием и пирамидой Берковича). Все щупы калиброваны в соответствии с международным стандартом ISO/IEC 17025.1. Размеры и углы соответствуют ISO 14577-22, определяющему допуски и значения толерантности для систем нано- и микроиндентирования.
Опционально доступен широкий набор геометрических форм инденторов, таких как, трехгранные и четырехгранные пирамиды, клиновидной, конусообразной, циллиндрической формы, а так же сферы.
Наконечник индентора так же может быть выполнен с различной геометрией - острым или тупым, плоским или закругленным.
|
