A.C. is grateful to KoreaTech for financial support.

1. دور فعال مجموعة المتابعة والمعايرة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دور فعال مجموعة المتابعة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الكابولي المغلفة الماس صلب من نوع DT-NCLR أو CDT-NCLR مع أول تردد صدى مجانا و 0،1 ≥ 180 كيلو هرتز، وهو عامل الجودة س ≥ 300، والانحناء صلابة ك ≥ 40 نيوتن / متر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل ناتئ المحددة إلى حامل لقط المقدمة من قبل الشركة المصنعة فؤاد. عناية خاصة لوضع ناتئ بحيث محورها الطويل هو عمودي على اتجاه المسح السريع للفؤاد. بدلا من ذلك، الغراء ناتئ على حامل ناتئ المقدمة من قبل الشركة المصنعة AFM باستخدام الغراء الايبوكسي المزدوج المكون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل حامل ناتئ على رأس فؤاد واستخدام المجهر الضوئي المتوفرة عادة مع نظام AFM للتركيز على ناتئ فؤاد. الاختيار المزدوج المحور ناتئ الطويل هو عمودي على اتجاه المسح السريع. إن لم يكن، والعودة إلىالقسم 1.1.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محاذاة شعاع الليزر بحيث ينعكس ذلك في نهاية ناتئ. رصد مبلغ الجهد في الثنائي الضوئي وإجراء الضبط الدقيق لتعظيم إشارة المبلغ. القيم إشارة مبلغ النموذجية هي في حدود 2 V. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط زوايا الميل الأفقي والرأسي في المرآة ذلك لتحقيق بقعة الليزر ينعكس في وسط الضوئي، حيث الفولتية المقابلة إلى تشريد الرأسي والأفقي ما يقرب من الصفر. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معايرة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء مسح تردد لتحديد أول الانحناء صدى مجانا و 0،1 للتعزية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد صلابة الانحناء للك ناتئ، وتحسب وفقا ل19 (1) <img alt="المعادلة 1" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq1.jpg" /> حيث E هو معامل يونغ، L هو طول ناتئ، ث هو عرض cantilمن أي وقت مضى، ور هو سمك. تحقيقا لهذه الغاية، وقياس الطول والعرض للناتئ بواسطة المجهر الضوئي أو المجهر الإلكتروني لتحسين دقة. حساب سمك ناتئ من أول تردد الحرة الانحناء صدى لها و 0،1، وفقا ل (2) <img alt="المعادلة 2" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq2.jpg" /> حيث ρ هي كثافة الكتلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد القيمة الافتراضية لحساسية الضوئي لنوع ناتئ معين ليتم استخدامها للتجربة في إعداد القائمة من فؤاد. جلب رأس ناتئ في اتصال مع العينة المرجعية في F الحمل ن = 10 ن ن عن طريق النقر على زر النهج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح القائمة قوة التحليل الطيفي في البرنامج AFM وتعيين التراجع النسبي وتمديد ض الماسح الضوئي إلى 50 نانومتر، وض الماسح الضوئي تراجع / تمديد إلى 0.3 ميكرون / ثانية. بذلك، تسجيل منحنى القوة لمسافات سوفتتكون أولا من تراجع للض الماسح الضوئي إلى 50 نانومتر بعيدا عن سطح العينة وبعد ذلك سلسلة من النهج والتراجع عن مسافة واحدة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل منحنى المسافة القوة مع المعايير المحددة المقترحة في 1.2.4 على سطح أملس وغير المتوافقة، مثل الماس النانو بلورية أو الياقوت، وذلك لتجنب الآثار تشوه العينة. للقيام بذلك انقر على زر تحصل عليها في القائمة قوة التحليل الطيفي للبرمجيات فؤاد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تناسب جزء مثير للاشمئزاز من منحنى القوة لمسافات مع وظيفة خطية، في القائمة معايرة البرمجيات فؤاد. المنحدر معكوس الخط المناسب يتوافق مع حساسية الضوئي S. استبدال قيمة العزم على القيمة الافتراضية من البرنامج أداة في القائمة معايرة البرنامج AFM بالضغط على زر معايرة تنفيذ. </li></ol></li></ol> إعداد 2. عينة ملاحظة: عينة تقاس في ثيتتكون الصورة التجربة من 100 نانومتر سميكة، على نحو سلس بالذرة الاتحاد الافريقي (111) رقيقة نمت على الميكا بواسطة ترسيب البخار المادي. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل العينة على صاحب العينة المغناطيسي المقدمة من قبل الشركة المصنعة الصك عن طريق الوجهين الشريط الكربون. من أجل تجنب الانجراف من العينة خلال القياسات، جبل العينة قبل يوم واحد من القياسات، وذلك للسماح الشريط الكربون الاسترخاء. بدلا من ذلك، جبل العينة على حامل مع طلاء الفضة، الذي يجف عادة في غضون بضع دقائق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل صاحب العينة المغناطيسي على الماسح الضوئي س / ص. </li></ol> 3. إجراء القياس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط وتيرة التذبذب قليلا خارج الرنين (في هذه التجربة و = 190.67 كيلو هرتز) والسعة التذبذب في A = 20 نانومتر ملاحظة أن هذه القيم يتم تعيين تلقائيا من قبل البرنامج أداة لهذا ناتئ معين. تعيين نقطة مجموعة التذبذب يدويا في مجموعة نقطة = 5 نانومتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رسمناتئ نحو سطح العينة باستخدام الخطوة الحركية للفؤاد. تأكد من أن أجهزة الاستشعار القوة لا تتصادم مع سطح العينة. الحفاظ على ناتئ في التركيز خلال نهج الخشنة ووقف نهج الخشن قبل سطح العينة هو في التركيز المثالي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نهج تلقائيا استشعار القوة من خلال النقر على زر النهج. مرة واحدة سعة التذبذب وصلت نقطة مجموعتها، وغيض على استعداد لفحص تضاريس سطح العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل سلسلة من الصور الطوبوغرافية في مجالات تتراوح بين 5 × 5-1 × 1 μm² (إن وجدت، وضبط المنحدر من إشارة التضاريس عن طريق إمالة س / ص الماسح الضوئي). تأكد من أن الصور المتتالية لنفس المنطقة لا يحمل أي علامة من الانجراف وأن موقف ض الماسح الضوئي يبقى ثابتا تقريبا. إذا لم تكن هذه هي الحالة، يستمر التصوير حتى استقر النظام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة وقد استقر النظام وتم العثور على نحو سلس منطقة μm² 1 × 1، التراجع عن وأورثي استشعار بضعة ميكرومتر من سطح العينة عن طريق النقر على زر تتراجع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد وضع قوة التحليل الطيفي في القائمة أداة ونقل استشعار القوة لمنتصف المحددة مسبقا في منطقة μm² 1 × 1، مع قوة وضع نقطة من 10 نانومتر. رصد موقف ض الماسحة الضوئية إلى أن يبقى ثابتا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد الشبكة 2 × 2 نقاط الذي يتوافق مع مركز المحددة مسبقا في منطقة μm² 1 × 1 المركز. تعيين المسافة بين نقطتين المجاورة المقبلة في 500 نانومتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المسافة الماسح الضوئي النسبية تختلف 0-150 نانومتر بسرعة 300 نانومتر / ثانية ومن ثم التراجع على مسافة واحدة وبنفس السرعة. ونظرا لزاوية الميل للناتئ فيما يتعلق سطح العينة، وتطبيق تصحيح الميل عن طريق تحريك الماسح الضوئي الجانبي بواسطة Z × تان φ خلال عمودي Z تمديد الماسح الضوئي، حيث φ هي زاوية الميل 20. ملاحظة: هناك عدد قليل من معاهدحساب ruments للإمالة ناتئ في التحليل الطيفي قوتها أو وضع المسافة البادئة. وهذا هو الحال بالنسبة لفؤاد المستخدمة في هذا العمل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اضغط على زر البدء في البرنامج أداة لبدء الحصول على البيانات AFM المسافة البادئة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وبمجرد الانتهاء من قياسات AFM المسافة البادئة، التراجع عن استشعار القوة بضعة ميكرومتر بعيدا عن سطح العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد عدم الاتصال وضع فؤاد التصوير في القائمة أداة البرمجيات وكرر الإجراء الموضح في الأقسام 3.1 و 3.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء فحص على نفس 1 × 1 مساحة μm² كما في القسم 3.3 وذلك لتحديد الموضع الدقيق من المسافات البادئة. مسح سطح المزيد على مساحة nm² 500 × 500 لا يمكن أن يؤديها لصورة تزكي المتبقية بمزيد من التفصيل. </li></ol> تحليل 4. البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معالجة الصورة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معالجة الصور تضاريس سجلت حتى محاذاة خطوط في دير مسح سريعection على أساس الفرق المتوسط. استخدام دالة مضمنة من Gwyddion. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب مساحة المسقط p من المسافات البادئة باستخدام وظيفة تحليل المسافة البادئة Gwyddion. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تقدير شكل AFM غيض من الصور تضاريس المسافات البادئة باستخدام وظيفة تحليل غيض من Gwyddion. ثم المتوسط الصور شكل قمة وقياس نصف افتتاح الزاوية α في شكل قمة المتوسط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحويل منحنيات القوة لمسافات إلى منحنيات قوة النزوح عن طريق حساب تشريد طرف δ وفقا ل13 (3) <img alt="المعادلة 3" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq3.jpg" /> حيث Z هو موقف الماسح الضوئي النسبي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الآن، رسم القوة مقابل تشريد طرف. منحنى الناتج عادة يعرض ما يسمى البوب ​​الإضافية، مع أطوال في حدود عدة 100 م، التي تتوافق مع أحداث اللدونة ذري. استخدم لأول مرة من تساالبريد البوب الإضافية لتحديد تشريد طرف في حدود مرنة δ شرم 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تناسب الجزء المرن من منحنى القوة التشريد مع وظيفة الهرتزية 21. (4) <img alt="المعادلة 4" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq4.jpg" /> حيث R هو نصف قطرها طرف وE &#39;* هو انخفاض معامل المرونة، التي قدمها <img alt="المعادلة 5" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq5.jpg" /> ، مع M ق، ر كونها معامل المسافة البادئة من العينة ومن طرف، على التوالي. في هذه الحالة، المعلمة صالحة ل <img alt="المعادلة 6" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq6.jpg" /> . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمديد وظيفة مناسبة في نظام اللدونة وذلك لحساب عمل اللدونة W اللدونة من الفرق المساحية بين وظيفة مناسبة ومنحنى التجريبية 21. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب صلابة من العينة وفقا ل1، 2 (5) <img alt="المعادلة 7" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq7.jpg" /> و (6) <img alt="المعادلة 8" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq8.jpg" /> حيث F ن، الحد الأقصى هو الحمل القصوى المطبقة، ف هي المنطقة المتوقعة من المسافة البادئة المحسوبة في القسم 4.2، α هي الزاوية الشوط الأول للطرف المحسوبة في القسم 4.3، δ ايل هو النزوح طرف في اللدونة الأولى الحدث، وδ الحد الأقصى هو تشريد طرف القصوى (انظر القسم 4.4). </li></ol>

<ol>
	<li>Tabor, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The hardness of metals. , (1951).</li><li>Fischer-Cripps, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nanoindentation. , (2004).</li><li>Michalke, T. A., Houston, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+Nucleation+at+Nano-Scale+Mechanical+Contacts.">Dislocation Nucleation at Nano-Scale Mechanical Contacts.</a> Acta Mater. 46 (2), 391-396 (1998).</li><li>Kiely, J. D., Houston, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomechanical+Properties+of+Au(111)+(001),+and+(110)+Surfaces.">Nanomechanical Properties of Au(111) (001), and (110) Surfaces.</a> Phys. Rev. B. 57 (19), 12588 (1998).</li><li>Kiely, J. D., Jarausch, K. F., Houston, J. E., Russell, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initial+Stages+of+Yield+in+Nanoindentation.">Initial Stages of Yield in Nanoindentation.</a> J. Mater. Res. 14 (19), 2219-2227 (1999).</li><li>Egberts, P., Bennewitz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Scale+Nanoindentation:+Detection+and+Indentification+of+Single+Glide+Events+in+Three+Dimensions+by+Force+Microscopy.">Atomic Scale Nanoindentation: Detection and Indentification of Single Glide Events in Three Dimensions by Force Microscopy.</a> Nanotechnology. 22 (42), 425703-1-425703-9 (2011).</li><li>Filleter, T., Bennewitz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanometer+Scale+Plasticity+of+Cu(100).">Nanometer Scale Plasticity of Cu(100).</a> Nanotechnology. 18 (4), 044004-1-044004-4 (2007).</li><li>Asenjo, A., Jaafar, M., Carrasco, E., Rojo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+mechanisms+in+the+first+stage+of+plasticity+of+nanoindented+Au(111)+surfaces.">Dislocation mechanisms in the first stage of plasticity of nanoindented Au(111) surfaces.</a> Phys. Rev. B. 73 (7), 075431 (2006).</li><li>Paul, W., Oliver, D., Miyahara, Y., Gruetter, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimum+threshold+for+incipient+plasticity+in+the+atomic-scale+nanoindentation+of+Au(111).">Minimum threshold for incipient plasticity in the atomic-scale nanoindentation of Au(111).</a> Phys. Rev. Lett. 110 (13), 135506 (2013).</li><li>Kracke, B., Damaschke, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+nanohardness+and+nanoelasticity+of+thin+gold+films+with+scanning+force+microscope.">Measurement of nanohardness and nanoelasticity of thin gold films with scanning force microscope.</a> Appl. Phys. Lett. 77 (3), 361-363 (2000).</li><li>Sansoz, F., Gang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+force-mapping+method+for+quantitative+hardness+measurements+by+atomic+force+microscopy+with+diamond-tipped+sapphire+cantilevers.">A force-mapping method for quantitative hardness measurements by atomic force microscopy with diamond-tipped sapphire cantilevers.</a> Ultramicroscopy. 111, 11-19 (2010).</li><li>Silva, E. C. C. M., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+approach+to+maximize+the+range+and+accuracy+of+force+application+in+atomic+force+microscopes+with+non-linear+position-sensitive+detectors.">Robust approach to maximize the range and accuracy of force application in atomic force microscopes with non-linear position-sensitive detectors.</a> Nanotechnolgy. 17 (21), 5525-5529 (2006).</li><li>Caron, A., Bennewitz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lower+Nanometer-Scale+Size+Limit+for+the+Deformation+of+a+Metallic+Glass+by+Shear+Transformations+Revealed+by+Quantitative+AFM+Indentation.">Lower Nanometer-Scale Size Limit for the Deformation of a Metallic Glass by Shear Transformations Revealed by Quantitative AFM Indentation.</a> Beilstein J. Nanotechnol. 6, 1721-1732 (2015).</li><li>Andriotis, O. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomechanical+assesment+of+human+and+murine+collagen+fibrils+via+atomic+force+microscopy+cantilever-based+nanoindentation.">Nanomechanical assesment of human and murine collagen fibrils via atomic force microscopy cantilever-based nanoindentation.</a> J. Mech. Behavior Biomed. Mater. 39, 9-26 (2014).</li><li>Bischel, M. S., Vanlandingham, M. R., Eduljee, R. F., Gillespie, J. W., Schultz, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+use+of+nanoscale+indentation+with+the+AFM+in+the+identification+of+phases+in+blends+of+linear+low+density+polyethylene+and+high+density+polyethylene.">On the use of nanoscale indentation with the AFM in the identification of phases in blends of linear low density polyethylene and high density polyethylene.</a> J. Mater. Sci. 35 (1), 221-228 (2000).</li><li>Zhang, L., Wang, W., Zheng, L., Wang, X., Yan, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+characterization+of+mechanical+property+of+annealed+monolayer+colloidal+crystal.">Quantitative characterization of mechanical property of annealed monolayer colloidal crystal.</a> Langmuir. 32 (2), 451-459 (2016).</li><li>Ne&#269;as, D., Klapetek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gwyddion:+An+open-source+software+for+SPM+data+analysis.">Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis.</a> Cent. Eur. J. Phys. 10 (1), 181-188 (2012).</li><li>Hahn, B. H., Valentine, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Essential Matlab for Engineers and Scientists. , (2013).</li><li>Nonnenmacher, M., Greschner, J., Wolter, O., Kassing, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+Force+Microscopy+with+Micromachined+Silicon+Sensors.">Scanning Force Microscopy with Micromachined Silicon Sensors.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 9 (2), 1358-1362 (1991).</li><li>Cannara, R. J., Brukman, M. J., Carpick, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cantilever+tilt+compensation+for+variable-load+atomic+force+microscopy.">Cantilever tilt compensation for variable-load atomic force microscopy.</a> Rev. Sci. Instrum. 76 (5), 053706 (2005).</li><li>Johnson, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Contact Mechanics. , (1985).</li><li>Mohr, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Young's+Modulus,+Fracture+Strength,+and+Poisson's+Ratio+of+Nanocrystalline+Diamond+Films.">Young's Modulus, Fracture Strength, and Poisson's Ratio of Nanocrystalline Diamond Films.</a> J. Appl. Phys. 116 (12), 124308-1-124308-10 (2014).</li><li>Arnault, J. C., Mosser, A., Zamfirescu, M., Pelletier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+recovery+measurements+performed+by+atomic+force+microscopy+and+standard+nanoindentation+on+a+Co(10.1)+monocrystal.">Elastic recovery measurements performed by atomic force microscopy and standard nanoindentation on a Co(10.1) monocrystal.</a> J. Mater. Res. 17 (6), 1258-1265 (2002).</li><li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoindentation+measurements+of+the+mechanical+properties+of+polycrystalline+Au+and+Ag+thin+films+on+silicon+substrates:+Effect+of+grain+size+and+film+thickness.">Nanoindentation measurements of the mechanical properties of polycrystalline Au and Ag thin films on silicon substrates: Effect of grain size and film thickness.</a> Mater. Sci. Eng. A. 457 (1-2), 232-240 (2006).</li><li>Lilleodden, E. T., Nix, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructural+length-scale+effects+in+the+nanoindentation+behavior+of+thin+gold+films.">Microstructural length-scale effects in the nanoindentation behavior of thin gold films.</a> Acta Mater. 54 (6), 1583-1593 (2006).</li><li>Corcoran, S. G., Colton, R. J., Lilleodden, E. T., Gerberich, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+plastic+deformation+at+surfaces:+Nanoindentation+of+gold+single+crystals.">Anomalous plastic deformation at surfaces: Nanoindentation of gold single crystals.</a> Phys. Rev. B. 55 (24), R16057 (1997).</li><li>Van Vliet, K. J., Li, J., Zhu, T., Yip, S., Suresh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+early+stages+of+plasticity+through+nanoscale+experiments+and+simulations.">Quantifying the early stages of plasticity through nanoscale experiments and simulations.</a> Phy. Rev. B. 67 (10), 104105 (2003).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

تم عرض طريقة لإجراء سلسلة من الفتحات على الاتحاد الافريقي (111) سطح الأغشية الرقيقة مع AFM طرف الماس المغلفة. أجريت عدم الاتصال التصوير فؤاد وفؤاد تسنن مع استشعار قوة نفسه. متطلبات التصوير عدم الاتصال هي المستوى الاول تردد صدى مجانا و 0،1 ≥ 180 كيلو هرتز وعامل جودة عالية س ≥ 300. وفي AFM المسافة البادئة، فان القوة العمودية ليتم تطبيقها في نطاق عدة نيوتن الصغيرة، وكان الأمر يتطلب ناتئ مع صلابة عالية الانحناء. متطلبات إضافية من طرف ناتئ هو أنه مستقر ومقاومة للاهتراء ميكانيكيا. يتم استيفاء هذه المتطلبات من قبل الكابولي المغلفة الماس. في هذه التجربة، تم اختيار ناتئ من نوع CDT-NCLR. تم العثور على النتائج المعروضة هنا أن يكون جيدا استنساخه. على وجه الخصوص، وأشكال المسافات البادئة في الصور AFM عدم الاتصال هي ثابتة على مندوب قياسetition، والمقابلة منحنيات القوة التشريد تظهر تداخل جيد جدا. ومع ذلك، من أجل ضمان استنساخ جيدة، فمن الأهمية بمكان للحد من دور فعال الحرارية الانجراف والماسح الضوئي زحف آثار. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق السماح للأداة استقرارا خلال مسح الصورة قبل تسنن وعن طريق مراقبة في وقت لاحق موقف الماسح الضوئي حتى لا تتغير بشكل كبير. يمكن أن يزيد من الآثار الانجراف وزحف أن يكون الحد الأدنى عن طريق إجراء المسافة البادئة التي تسيطر عليها النزوح بمعدل النزوح عالية. في التجربة المقدمة، تم تعيين معدل النزوح إلى 300 نانومتر / ثانية. وعلاوة على ذلك، بعض أدوات تسمح للانخفاض في نطاق ض الماسح الضوئي عن طريق الحد الأقصى الجهد المطبق. إذا كانت متوفرة، يجب أن يتم تحديد هذا الخيار، منذ وقت الماسح الضوئي لتحقيق الاستقرار يقلل مع مجموعة النزوح لها. كما هو موضح أعلاه، فإن تقنية عرض مناسبة لتقييم الخصائص الميكانيكية لللي لينةtals ومواد لينة أخرى، مثل البوليمرات. وميزة هذه التقنية على تقنيات تسنن التقليدية، مثل nanoindentation، ويأتي من أعلى depth- وقوة قرار من الأدوات AFM ومن انخفاض حجم إندينتر التي تسمح تماما لمراقبة الأحداث اللدونة ذري واحد ولتحديد من صلابة على مقياس متناهي الصغر صحيح. من ناحية أخرى، لعينات مع مستوى عال من الصلابة، قد تتغير هندسة على القياس، مما يجعل المقارنة المباشرة بين القياسات المختلفة صعوبة. في حالة المعادن، وقد ثبت طرف فؤاد المغلفة الماس لتقديم نتائج قابلة للتكرار على عينات مختلفة على مدى عدة سلسلة من الفتحات 11. تم تركيب منحنى نموذجي قوة الإزاحة مع وظيفة الهرتزية ضمن نظامها مرن وتمتد أيضا على حساب عمل اللدونة. استخراج معامل المسافة البادئة ل Au (111)، ومع ذلك، لا يزال غير مؤكد، لأن أيا من radiuالصورة في ذروة طرف ولا معامل المسافة البادئة من طرف المغلفة الماس هي دقيقة بما فيه الكفاية لتميز. ومع ذلك، لتوضيح هذا القيد هو خارج نطاق هذا العمل. وذلك بسبب الآثار الإلتواء طرف، ومنطقة المسافة البادئة تميل إلى الاستهانة أثناء التصوير AFM، وبالتالي فإن أسلوب عرض يوفر المبالغة قليلا قيم صلابة 11. هذه التقنية يمكن تطبيقها على قياس رقيقة، حيث عمق المسافة البادئة يجب أن تبقى عشر مرات أصغر من سماكة الفيلم من أجل تجنب الآثار الركيزة. وفي الختام، إجراء التجارب لقياس بتكاثر صلابة على مقياس متناهي الصغر صحيح ومراقبة الأحداث اللدونة ذري واحد تم تقديمه.

For the last 150 years, hardness values have been used to characterize the mechanical behavior of materials and to predict their performance under various loading conditions. The hardness of a material describes the resistance of its surface to the penetration of a harder indenter. For metallic materials, the hardness relates to resistance to plastic flow.
Although the implementation of hardness testing has proven to be relatively easy, the yielded results have long been rather empirical, making them unable to describe the intrinsic properties of the investigated material. The empirical nature of hardness testing results has been a consequence of the use of various indenter geometries, each of which has a different established hardness scale. However, all empirical hardness scales, such as the Brinell hardness (HB) test for spherical indenters and the Vickers (HV) and Knoop (HK) hardness tests for different types of four-sided pyramids, have one thing in common: the hardness number is determined from the ratio of the applied load to the developed area of the remaining indent. In an attempt to relate the hardness of metals to their fundamental mechanical properties, the hardness measured with a spherical indenter has been defined as the ratio of the applied load to the projected area of the remaining indent. This hardness value, also known as the Meyer's hardness (H), is equal to the mean contact pressure and directly relates to the yield strength of non-work-hardening metals1. 
Hardness testing has long been limited to the macro-scale, in which case the sizes of indents have been measured by optical means. The development of instrumented indentation, where force-displacement curves are recorded, has been recognized as a valuable alternative for determining the hardness of a material, although the size of the remaining indent may be too small to be accurately imaged. In this case, the projected area of the indent is calculated from the tip displacement according to a so-called indenter-area function2. Due to this development, the analysis of the curvature of force-displacement curves and of the occurrence of distinct plasticity events in the shape of pop-ins is now widely used to study the mechanisms of plastic deformation at the micrometer scale, such as by means of nanoindentation3.
It is well accepted that the carriers of plastic deformation in metals, i.e., dislocations, operate at the nanometer scale. To understand their modes of operation at the atomic level, new experimental techniques with atomic resolution are needed. Initial investigations of atomistic plasticity events at the interfaces between nanometer-sized single asperities and single crystalline Au surfaces of different orientations have been carried out by interfacial force microscopy (IFM)4, 5. Atomic force microscopy (AFM) indentation has been applied to observe the nucleation and gliding of single dislocations in KBr(100) single crystals6, Cu(100)7, and Au(111)8, 9. There, atomistic plasticity events were observed in the shape of pop-ins, with lengths in the range of 1 &#197;. AFM indentation has also been used to measure the nano-hardness and -elasticity of gold nano-island grown on mica10. In this work, the nano-hardness was found to be smaller than the bulk value and was observed to depend linearly on the indentation area. Also, a detailed measurement protocol has been proposed to determine the hardness of hard surfaces, such as fused quartz and silicon, by AFM indentation with a diamond-tipped sapphire cantilever11. In particular, this method takes into account the non-linearity of the photo-sensitive deflection detectors for large cantilever deflection12. More recently, AFM indentation and non-contact AFM imaging have been combined to quantitatively determine the hardness and the fundamental mechanisms of plastic deformation of a Pt(111) single crystalline surface and Pt-based metallic glass13. For Pt(111), plastic deformation mechanisms at the nanometer scale were found to be consistent with the discrete mechanisms established for larger scales. Further, the nanometer-scale plastic deformation of the metallic glass was found to be not discrete, but rather continuous and highly localized around the indenting tip. These results revealed a lower size limit for metallic glasses, below which shear transformation mechanisms are not activated by indentation. AFM indentation has also been used to determine the hardness values of biological samples (such as collagen fibrils)14, polymers15, and colloidal crystals16.
In the present work, a careful experimental procedure is described that includes the force sensor selection, its calibration, the calibration of the cantilever deflection detection system, and the minimization of instrumental drift for accurate and reproducible force-distance measurements. Also, a method for the data analysis is presented that allows the extraction of force-penetration curves from recorded force-distance curves. Further representative results are shown and discussed in the light of recent findings in the field of plastic deformation of small volumes.
For this experiment, an atomic force microscope (AFM) was used. The cornerstone of an AFM is its micro-fabricated force sensor (usually a cantilever beam), with a sharp tip at the end whose radius is in the range of several nanometers. In the particular configuration of the instrument used for this experiment, the cantilever is mounted onto a piezo-electric z-scanner, while the sample to be investigated is mounted onto a piezo-electric x/y-scanner. During AFM imaging, the force sensor tip is scanned over a sample to register interaction forces with the sample surface that result in a deflection of the cantilever according to Hooke's law. The static or dynamic deflection of the cantilever can be measured with an optical beam deflection detector, consisting of a laser diode, a set of mirrors, and a photodiode that converts the cantilever deflection into a voltage. During imaging, the signal at the photodiode is controlled by a feedback loop so as to keep the interaction forces at the sample surface; this results in adjustments of the z-scanner position, which are recorded and displayed as a topography image.
Prerequisites for the experiment described below are that the piezo-electric scanners of the atomic force microscope are well-calibrated and that the instrument stays in the laboratory at a constant temperature and humidity level. The reader should be aware that, depending on the atomic force microscope model, some of the experimental procedure steps may have to be modified. In particular, all measurements are performed after setting the scanners' ranges to "small"; this function allows for the reduction of the x/y-scanner range to 5 x 5 &#181;m&#178; and the z-scanner range to 4 &#181;m, which ensures a resolution at small scales. This function is not available on all commercial AFM and is not mentioned in the remainder of the text.
For data analysis, the use of the free SPM data analysis software Gwyddion17 and the Matlab software package18 are recommended.
This protocol gives a description of the experimental procedure to be followed in order to perform instrumented hardness measurements by AFM. Since the handling of different commercial AFMs may differ from one model to the other, the reader should refer to the manual provided by the AFM manufacturer for detailed setting procedures and software information. In the following text, in order to reproduce the described experiment, it is assumed that the reader is familiar with the handling of the particular AFM used here.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">AFM XE-100</td>
			<td style="width:71px;">Park Instruments</td>
			<td style="width:119px;">discontinued</td>
			<td style="width:167px;">Atomic force microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CDT-NCLR</td>
			<td style="width:71px;">NanoSensors</td>
			<td style="width:119px;">CDT-NCLR</td>
			<td>Conductive diamond coated non-contact lever</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">100 nm thick Au(111) thin film on Mica</td>
			<td style="width:71px;">Phasis</td>
			<td align="right">20020011</td>
			<td>atomically smooth gold thin film</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative hardness measurement by instrumented afm-indentation

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness measurements on an Au(111) surface with atomistic resolution of single plasticity events. A careful experimental procedure is described that includes the force sensor selection, its calibration, the calibration of the cantilever deflection detection system, and the minimization of instrumental drift for accurate and reproducible force-distance measurements. Also, a method for the data analysis is presented that allows the extraction of force-penetration curves from recorded force-distance curves. A typical curve displays a clear elastic deformation regime up to the first plasticity event, or pop-in, with a length in the range of one to two Burger's vectors. Later plasticity events exhibit the same magnitude. The work of plasticity is further extracted from the measurements. Finally, the hardness is determined in combination with the indentation curve using non-contact atomic force microscopy images of the remaining indents.

في هذا العمل، تم احتساب صلابة الانحناء للك ناتئ وفقا لنظرية شعاع الهندسية 19. لمعين ناتئ المغلفة الماس المستخدمة في هذا العمل، وجدنا ك = 55.69 نيوتن / متر. لاحظ أننا أهملنا طلاء الماس. سمك الطلاء الماس 1-2 أوامر من حجم أصغر من سمك ناتئ، وبالتالي لا زيادة كبيرة في صلابة الانحناء لها (على الرغم من معامل يونج لها هو أكبر بكثير من السيليكون). من أجل تجنب آثار تشوه عينة، تم تحديد حساسية الضوئي عن طريق تسجيل منحنى القوة لمسافات مع استشعار قوة محسوبة سابقا على سطح أملس الماس النانو البلورية مع معامل E يونج (أ) = 759 جيغا 22. وسجلت إشارة القوة في وحدات فولت (وحدة من photodioدي إشارة) وأكثر من مجموعة صغيرة من قوى التنافر من أجل تجنب تشويه طرف والضرر. الجزء مثير للاشمئزاز من منحنى القوة لمسافات ثم مزودة دالة خطية، المنحدر العكسي والتي تتطابق مع حساسية الضوئي S. في هذه التجربة بالذات، كانت حساسية الضوئي مصممة على أن يكون S = 23.903 نانومتر / V. يقتصر افتراض وجود استجابة خطية من الثنائي الضوئي لحين تشريد قاعدة ناتئ أصغر من 500 نانومتر. لأكبر نزوح Z، وغير الخطي للكشف عن الصور الحساسة تحتاج إلى النظر فيها، وفي هذه الحالة استجابة ZV PD على بعد ثالث ترتيب متعدد الحدود 12. لمعايرة، تم تعيين النزوح قاعدة إلى 50 نانومتر، بينما في تجاربنا، وتشريد قاعدة 150 نانومتر. في هذه الحالات، ونحن تعتبر استجابة الضوئي أن تكون خطية. <img alt="شكل 1"SRC = &quot;/ ملفات / ftp_upload / 54706 / 54706fig1.jpg&quot; /&gt; الشكل 1: تضاريس سطح سطح الذهب الأغشية الرقيقة (يسار) صورة عدم الاتصال AFM تضاريس 5 × 5 ميكرون 2 و (الحق) من 1.25 × 1.25 ميكرون 2 الاتحاد الافريقي الأغشية الرقيقة مساحة عرض ميكرومتر الحجم الحبوب، كل منها يعرض على سطح مستو بالذرة الاتحاد الافريقي (111)، ويتألف من شرفات واسعة والخطوات monoatomic. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> ويبين الشكل 1 عدم الاتصال الصور AFM تضاريس الذهب سطح الأغشية الرقيقة. تم العثور على سطح الأغشية الرقيقة تتكون من الحبوب في نطاق ميكرون. كل حبة يسلك سطح مستو بالذرة الاتحاد الافريقي (111)، ويتألف من شرفات واسعة والخطوات monoatomic. ويبين الشكل 2 المسافات البادئة التي وقعت خلال المسافة البادئةالقياسات من قبل الطرف فؤاد مع قوة العمودية القصوى من 7.2 μN تطبق على نفس الاتحاد الافريقي (111) سطح الأغشية الرقيقة كما في الشكل 1. أيضا، والفرق التضاريس بين منطقة المصورة قبل وبعد سلسلة من أربعة المسافات البادئة في مواقع متميزة يتم عرضه في الشكل 2 (ج). تجدر الإشارة إلى مدى التشابه تبدو كل المسافات البادئة المتبقية. هذا التشابه يدل على الاستقرار من طرف واستنساخ القياسات. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/54706/54706fig2.jpg" /> الشكل 2: تزكي AFM على سطح الذهب الرقيقة السلس بالذرة (أ) صورة عدم الاتصال AFM تضاريس و× 1 ميكرون 2 الاتحاد الافريقي مساحة 1 الرقيقة التي اختيرت لقياس المسافة البادئة فؤاد. (ب) عدم الاتصال صورة فؤاد تضاريس نفس المساحة السطحية في الفقرة (أ) بعد أربعة الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف AFM المسافة البادئة على التواليurements تصل إلى قوة عمودية F ن = 7.2 μN. الفرق (ج) تضاريس بين الصور في (أ) و (ب). (د - و) صور عدم الاتصال AFM تضاريس ثلاثة تزكي AFM الفردية هو مبين في (ب). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig2large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/54706/54706fig3.jpg" /> الرقم 3: حساب المنطقة المتوقعة من مسافة بادئة AFM على سطح الذهب الرقيقة السلس بالذرة (يسار) وصور عدم الاتصال AFM تضاريس تزكي AFM الفردية هو مبين في الشكل 2 (يمين) صورة تضاريس نفسه كما في اليسار. لوحة بعد زراعة المحاصيل ومع قناع مضافين تستخدم لحساب مساحة المتوقعة باستخدام SPM مجانا تحليل البيانات والبرمجيات Gwyddion. ومسقطةوجدت منطقة ECTED أن يكون ص = 4703.52 نانومتر 2. هذه تعطي قيمة صلابة H AFM = 1.53 جيغا. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> يوضح الشكل (3) إجراء لتحديد المنطقة المستهدفة من مسافة بادئة من اخفاء المنطقة مع القيم تضاريس سلبية بالنسبة لسطح unmarred. من هذا القياس، وجدت على المنطقة المستهدفة من المسافة البادئة أن يكون ص = 4703.52 nm². تم إجراء تسنن مع أقصى حمولة F ن، الحد الأقصى = 7.2 μN (انظر الشكل 4). وفقا لذلك، ويمكن حساب صلابة و <img alt="المعادلة 9" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq9.jpg" /> . من المرجح أن يتم التقليل من طرف التفاف آثار الدوري ويقاس -value ص<html> نانوغرام التصوير، من جهة، وآثار الانتعاش مرنة على تفريغ 23، من جهة أخرى. <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/54706/54706fig4.jpg" /> الشكل 4: منحنيات المسافة البادئة من منحنيات القوة لمسافات تقاس AFM (أ) جزء تحميل نموذجي من منحنى القوة لمسافات تقاس AFM على الاتحاد الافريقي سطح الأغشية الرقيقة السلس بالذرة. (ب) منحنى قوة الإزاحة تحسب وفقا للمعادلة (3) (الخط الأزرق) وصالح الهرتزية (خط أحمر) من الجزء مرنة تصل لأول حدث ليونة ملحوظة (البوب في) في F ن = 0.908 μN، مع (يقاس طول من أول البوب في لأن يكون λ البوب في = 543 م) طرف النزوح δ ايل = 3.786 نانومتر وفقا لمعادلة (4). يتم تحديد المعلمة تناسب المقابلة ليكونeq10.jpg &quot;/&gt;، حيث R هو نصف قطرها إندينتر وE * هو انخفاض معامل المرونة. لاحظ أن يتم تمديد مناسبا منحنى الهرتزية خارج نظام مرن وذلك لحساب عمل اللدونة W اللدونة من الفرق المتكاملة بين منحنى المناسب الهرتزية والنتيجة التجريبية، W اللدونة = 11.44 × 10 -15 J. (ج) سلسلة من أربعة منحنيات التوالي قوة الاختراق (د) عرض مكبر للمنحنى قوة الاختراق هو مبين في (ب) تبين pop-. الخلافات مع أطوال في حدود عدة 100 م (المشار إليها السهام). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54706/54706fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> ويبين الشكل 4 منحنيات المسافة البادئة تحسب من منحنيات القوة لمسافات تقاس فؤاد. من المهم أننلاحظ كيف تتداخل منحنيات، الذي يشهد أيضا على استنساخ القياسات. في الشكل 4 (ب)، منحنى القوة التشريد تحسب من منحنى القوة لمسافات (الشكل 4 (أ)) وفقا لمعادلة (3) مزودة تناسب الهرتزية (المعادلة (4)) على جزء مرن لها. تم تحديد الحد مرونة من أول حدث ليونة ملحوظة (البوب في) في F ن، ش = 0.908 μN وفي تشريد طرف δ ايل = 3.786 نانومتر (طول أول البوب في ويقاس أن يكون λ pop- في = 543 م). يتم تحديد المعلمة تناسب المقابلة ليكون <img alt="معادلة 10" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq10.jpg" /> حيث R هو نصف قطرها إندينتر وE * هو انخفاض معامل المرونة. في حين أنه قد يكون مغريا لاستخراج معامل المسافة البادئة من الذهب M الاتحاد الافريقي (111) من المعلمة المناسب، في دائرة نصف قطرها في قمة طرف ومعامل المسافة البادئة من طرف المغلفة الماس لا تزال غير مؤكدة. من حيث المبدأ، والخصائص إندينتر يمكن معايرة من خلال تحريك على عينة المعايرة. تحديد معامل المسافة البادئة من الاتحاد الافريقي (111) هو خارج نطاق هذا العمل. بافتراض أن معامل مرونة ل Au (111) E الاتحاد الافريقي = 80 جيغا، نسبة إلى بواسون ν الاتحاد الافريقي = 0.45، وتلميح E NC-الماس = 759 جيغا وν NC-الماس = 0.003، نحسب من <img alt="معادلة 10" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq10.jpg" /> تلميح دائرة نصف قطرها R ≈ 1 نانومتر. قيمة المشتقة هي أبعد ما تكون منخفضة للغاية أن تكون ذات مصداقية، كما سبق أن ذكرنا في المرجع. 8. وقد اقترح أن معامل مرونة من المعادن ينخفض قرب منطقة سطح 10. باستخدام القيمة المقترحة في المرجع. 8 (E = 30 جيد جدا)، نحصل على R = 5.5 نانومتر. أيضا، فإن وظيفة تناسب الهرتزية المستخدمة في الشكل 4 (ب) تفترض هندسة طرف كروية. ومع ذلك،ينطبق هذا الافتراض فقط على قمة جدا من طرف الطعج، أي للنزوح طرف داخل النظام تشوه مرن. كما سنرى فيما بعد، إزاحة أكبر، لم يعد من الممكن النظر في طرف كما كروية بل يشبه طرف بركوفيتش. يشير كذلك إلى أن تم تمديد مناسبا منحنى الهرتزية خارج نظام مرن وذلك لحساب عمل اللدونة W اللدونة من الفرق المتكاملة بين منحنى المناسب الهرتزية والنتيجة التجريبية 21؛ W اللدونة = 11.44 × 10 -15 ج. وجهة نظر تضخيم منحنى قوة الاختراق هو مبين في الشكل (4) يوضح (ب) كذلك قرار المتميز للطريقة للكشف عن أحداث اللدونة ذري واحد مع البوب في أطوال نفس الترتيب من حيث حجمها ناقلات برغر من الذهب. وعلاوة على ذلك، قدرت شكل من طرف فؤاد من عدم يخدع<html> براعة الصور AFM، كما هو موضح في الشكل رقم 2 (د - و)، وذلك باستخدام SPM مجانا تحليل البيانات والبرمجيات Gwyddion (انظر الشكل 5 (أ - ج)). وفي وقت لاحق، تم احتساب شكل غيض المتوسط، الذي تم تحديد زاوية نصف فتح إندينتر أن يكون α = 67.21 درجة (انظر الشكل 5 (د)). جنبا إلى جنب مع قيم الإزاحة طرف هو مبين في الشكل (4)، قيمة صلابة <img alt="معادلة 11" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq11.jpg" /> تقرر، حيث δ الحد الأقصى = 18 نانومتر هو غيض النزوح القصوى. كلا الحسابات صلابة توفر تقريبا نفس القيمة: H الاتحاد الافريقي (111) = 1.5 جيغا. هذه النتيجة هي في اتفاق جيد مع القيم التي أبلغ عن الذهب أفلام رقيقة مقاسا nanoindentation، H NI / الاتحاد الافريقي = 1 - 2.5 جيغا 24 و 25 وضغط يعني في حالة اللدونة الأول خلال AFM المسافة البادئة في الاتحاد الافريقي (111) وكان وجدت لتكون<html> 12 &quot;SRC =&quot; / ملفات / ftp_upload / 54706 / 54706eq12.jpg &quot;/&gt; برنامج العمل العالمي 4. من القيم التجريبية لدينا وجنبا إلى جنب مع دائرة نصف قطرها طرف المقدرة، نجد <img alt="معادلة 13" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq13.jpg" /> 13.7 جيغا. يتوافق مع هذه القيمة إلى إجهاد القص الحرج <img alt="معادلة 14" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq14.jpg" /> 21 من البيانات لدينا، نجد أن τ = 6.3 جيغا، والتي هي في نطاق القيم وجدت من قبل Asenjo آخرون 8 ولكن هو أكبر بكثير من تلك التي وجدت في الدراسات السابقة، حيث τ = 1.7 - 3.4 جيغا 4، 26، 27. ومع ذلك، فإن المبالغة في تقدير هذه القيمة قيمة أقل من نصف قطر الحافة المفترض، ومن المعقول أن نفترض أن إجهاد القص الحرج في حالة اللدونة الأول يحدها من قوة النظرية τ ثيو والاتحاد الافريقي = 4.3 جيغا. <html> /ftp_upload/54706/54706fig5.jpg &quot;/&gt; الرقم 5: نصيحة لاعادة الاعمار من عدم الاتصال الصور AFM تضاريس تزكي AFM على سطح الذهب الرقيقة السلس بالذرة (أ - ج) تم إعادة بناء الأشكال طرف تحسب من الصور AFM عدم الاتصال هو مبين في الشكل 2 (د - و) باستخدام تحليل SPM البرمجيات الحرة Gwyddion. (د) وبلغ متوسط شكل بلاغ من الصور المبينة في الفقرة (أ - ج). من (د)، يتم تحديد زاوية نصف فتح إندينتر أن يكون α = 67.21 °؛ جنبا إلى جنب مع قيم الإزاحة طرف هو مبين في الشكل (4)، قيمة صلابة <img alt="معادلة 11" src="/files/ftp_upload/54706/54706eq11.jpg" /> تقرر، حيث F ن، الحد الأقصى = 7.2 μN هي القوة العمودية القصوى وδ الحد الأقصى = 18 نانومتر هو غيض النزوح القصوى.خريج &quot;الهدف =&quot; _ فارغة &quot;&gt; الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation at JoVE.com

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

This experimental protocol describes how atomic force microscopy can be used to measure hardness at the true nanometer scale and to detect single atomistic plasticity events.

قياس صلابة الكمي المجهزة AFM-تسنن

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

quantitative-hardness-measurement-by-instrumented-afm-indentation

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.6K Views.  KoreaTech, Korea University of Technology and Education. This experimental protocol describes how atomic force microscopy can be used to measure hardness at the true nanometer scale and to detect single atomistic plasticity events. 

Video: Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

طريقة موحدة لقياس كفاءة مجموعة من مسح لعينة من المتفجرات تتبع

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. The developed technique can be performed in two ways: using the reconstructed multiplication moir&#233; method or the spatial phase-shifting sampling moir&#233; method. When the specimen grid pitch is around 2 pixels, 2-pixel sampling moir&#233; fringes are generated to reconstruct a multiplication moir&#233; pattern for a deformation measurement. Both the displacement and strain sensitivities are twice as high as in the traditional scanning moir&#233; method in the same wide field of view. When the specimen grid pitch is around or greater than 3 pixels, multi-pixel sampling moir&#233; fringes are generated, and a spatial phase-shifting technique is combined for a full-field deformation measurement. The strain measurement accuracy is significantly improved, and automatic batch measurement is easily achievable. Both methods can measure the two-dimensional (2D) strain distributions from a single-shot grid image without rotating the specimen or scanning lines, as in traditional moir&#233; techniques. As examples, the 2D displacement and strain distributions, including the shear strains of two carbon fiber-reinforced plastic specimens, were measured in three-point bending tests. The proposed technique is expected to play an important role in the non-destructive quantitative evaluations of mechanical properties, crack occurrences, and residual stresses of a variety of materials.

A sampling moir&#233; technique featuring 2-pixel and multi-pixel sampling methods for high-accuracy strain distribution measurements at the micro/nano-scale is presented here.

مايكرو / نانو مقياس مقياس توزيع سلالة من أخذ العينات مويري هامش

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

جيل من التحكم في حجم بولي (جليكول) "قطرات دياكريلاتي" عبر شبه-3-الأبعاد "تدفق تركز موائع جزيئية الأجهزة"

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

التحليل الكمي لذوبان الفراغ التعريفي عن طريق الليزر التي يسببها انهيار الطيفي

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed and characterized a temperature-independent fiber Bragg grating (FBG)-based random-displacement sensor that adopts a magnetic scale as a novel transferring mechanism. By detecting shifts of two FBG center wavelengths, a full-range measurement can be obtained with a magnetic scale. For identification of the clockwise and counterclockwise rotation direction of the motor (in fact, the direction of movement of the object to be tested), there is a sinusoidal relationship between the displacement and the center wavelength shift of the FBG; as the anticlockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG detector shows a leading phase difference of around 90&#176; (+90&#176;). As the clockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG displays a lagging phase difference of around 90&#176; (-90&#176;). At the same time, the two FBG-based sensors are temperature independent. If there is some need for a remote monitor without any electromagnetic interference, this striking approach makes them a useful tool for determining the random displacement. This methodology is appropriate for industrial production. As the structure of the whole system is relatively simple, this displacement sensor can be used in commercial production. In addition to it being a displacement sensor, it can be used to measure other parameters, such as velocity and acceleration.

A protocol to create a full-range linear displacement sensor, combining two packaged fiber Bragg grating detectors with a magnetic scale, is presented.

قياس الازاحه العشوائية عن طريق الجمع بين مقياس مغناطيسي واثنين من ألياف براج الحواجز الشبكية

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, with its peak locomotion speed reaching 150 cm/s. First of all, we observed the microstructure and hierarchy of water strider legs using the scanning electron microscope. On the basis of the observed morphology of the legs, a theoretical model of the detachment from water surface was established, which explained water striders' capability to slide on water surface effortlessly in terms of energy reduction. Secondly, a dynamic force measurement system was devised using the PVDF film sensor with excellent sensitivity, which could detect the whole interaction process. Subsequently, a single leg in contact with water was pulled upward at different speeds, and the adhesion force was measured at the same time. The results of the departing experiment suggested a deep understanding of the fast jumping of water striders.

The protocol here is dedicated to investigating the free and quick maneuvering of water strider on water surface. The protocol includes observing the microstructure of legs and measuring the adhesion force when departing from water surface at different speeds.

قياس قوة دينامية تصرف المحطة المياه ستردير القفز إلى أعلى من أجهزة الاستشعار الفيلم PVDF

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

التحليل الكمي بتحليل الطيف الكتلة ثيرموجرافيميتري لردود الفعل مع الغازات تطورت

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

إجراءات القطع، اختبار الشد، وشيخوخة الرقائق المركبة أحادية الاتجاه المرنة

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

تطوير الأسلوب للحصول علي تماس الرنانة تجويف الرنين عازله الدراسات الطيفية للورق السليوليك

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...