ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Уникальные возможности "НаноСкан", обусловленные оригинальностью его конструкции, позволяют применять прибор как в тех областях, исследования в которых можно проводить с помощью наноинденторов и СЗМ, так и в областях, недоступных для исследования другими методами. В частности, "НаноСкан" расширил область доступных для исследования объектов в сторону сверхвысоких твердостей и сверхмалых размеров.
Объекты исследований, в основе которых лежат получаемые сегодня наноматериалы, лежат в области геометрических размеров x порядка 10-6 - 10-7 м и в области значений модуля упругости порядка 700-1000 ГПа. Как видно из рисунка, эта область доступна для исследования только с помощью СЗМ "НаноСкан".
 |
| Диапазон измеряемых значений механических параметров для различных приборов |
Тонкие пленки и покрытия
Преимущества системы NanoScan при проведении различных измерений обуславливаются использованием в качестве зонда жесткого пьезорезонатора, динамического резонансного режима сканирования, а также применением алмазных игл и игл из ультратвердого фуллерита С60. Необычайно высокая жесткость зонда (порядка 104 - 105 Н/м) позволяет прикладывать беспрецедентно большие нагрузки при индентировании и склерометрии (до 20 гр.). В то же время, работа в динамическом резонансном режиме предотвращает разрушение достаточно мягких материалов (полимеров) при измерениях, а также позволяет строить карту механических свойств поверхности (аналогично Phase Mode и Force Modulation). Применение адмазных и фуллеритовых игл позволяет исследовать свойства твердых и сверхтвердых материалов, что невозможно с помощью стандартных СЗМ-кантилеверов. Таким образом, измерительная система NanoScan имеет значительное преимущество над другими аналогичными системами, особенно при исследовании свойств твердых и сверхтвердых материалов и тонких пленок.
Одним из новых направлений развития методов СЗМ является исследование адгезии тонких пленок к подложкам. Коротко суть данного метода заключается в царапании пленки с изменяющейся (возрастающей) нагрузкой и определение усилия, при котором происходит отрыв пленки от подложки. Система "NanoScan" позволяет проводить подобные исследования для разного типа пленок в широком диапазоне толщин (от нескольких микрон до нескольких десятков нанометров) и твердостей (от ~1 ГПа до 150 ГПа).
Рис. 1 иллюстрирует пример исследования пленки из плотных монослоев нанотрубок, одинаково ориентированных по отношению к подложке. На рисунке изображена пленка из нанотрубок, ориентированных под углом 45°.
 |
 |
Рис. 1. Пленка с ориентацией 45 , следы от 4 царапин глубиной 30, 60, 90 и 120 нм (снизу вверх соответственно);
a) - рельеф поверхности; b) - карта упругого модуля. Размер изображения: 5.9 мкм x 5.9 мкм x 166 нм
|
Сверхтвердые материалы. Алмазы и алмазные порошки.
На основе системы NanoScan, оборудованной иглой из ультратвердого фуллерита С60, разработана новая методика измерения твердости и износостойкости сверхтвердым материалов, включая алмаз. При индентировании наконечником из ультратвердого фуллерита алмаз пластически деформируется при комнатной температуре. Вследствие этого появилась возможность корректного измерения твердости алмаза. Кроме того, прибор позволяет исследовать структуру различных материалов и проводить анализ их механических свойств.
На рис. 2-3 приведены типичные примеры царапин, полученных методом склерометрии. Значения твердости, полученные методом склерометрии с помощью системы NanoScan, находятся в хорошем соответствии со значениями, полученными стандартными методами.
 |
 |
|
Рис. 2. Изображение царапины, полученной при склерометрическом тесте на грани (100) в направлении (110) зерна алмаза 300 мкм, предназначенного для обработки гранита.
Размер изображения 2 мкм x 4 мкм x 15 нм.
|
Рис. 3. Изображение царапины, полученной при склерометрическом тесте на грани (111) зерна алмаза 300 мкм, предназначенного для обработки гранита. Размер изображения 3 мкм x 5 мкм x 10 нм.
|
Субмикро- и нано-фазные материалы. Сверхтвердые сплавы.
Важной задачей в промышленности является технологический контроль структуры твердых сплавов, в состав которых входит твердая составляющая в виде зерен размером от нескольких микрон до единиц нанометров и металлическая связка. На сегодняшний день контроль таких сплавов проводится путем исследования шлифов в специализированном оптическом микроскопе. Однако развитие твердосплавных технологий привело к уменьшению размера зерна твердой фазы до 0.1 мкм и меньше. Кроме того, возникла необходимость контроля приграничных областей между различными компонентами сплава. Обычно эта задача решается методами просвечивающей электронной микроскопии. Нами предлагается методика контроля структуры твердых сплавов и анализа их механических свойств с применением NanoScan.
Проведенными исследованиями подтверждается эффективность применения Измерительной Системы NanoScan для технологического контроля твердых сплавов, т.к. она дает необходимое разрешение, не требует специальной подготовки образцов и на измерение требуется время порядка нескольких минут. Подтверждена перспективность применения предложенного метода для исследования механических свойств сплавов на масштабах от нескольких десятков микрометров с разрешением до 10 нм.
 |
 |
Рис. 4. Изображение поверхности твердого сплава на основе карбида вольфрама со средним размером зерна 1-3 мкм;
a) рельеф поверхности; b) карта упругого модуля. Размер изображения 5.5 мкм x 5.5 мкм.
|
Поверхности для микроинженерии и микроэлектроники.
Измерительная система NanoScan позволяет исследовать структуру и качество поверхности материалов, используемых в микроэлектронике и микроинженерии. По полученным измерениям могут рассчитываться различные параметры шероховатости поверхности.
С помощью системы NanoScan был проведен ряд исследований образцов толщиной от 0.3 мкм до 1 мкм, полученных в результате различных технологических операций. Результаты исследований подтверждают эффективность использования NanoScan для контроля структуры и качества поверхностей.
вверх
|
Русский