[发明专利]一种纳米材料极限剪切应力的测量方法

摘要

一种纳米材料极限剪切应力的测量方法，是使用原子力显微镜(AFM)，施加法向载荷Fn，测量样品表面选定区域各点的摩擦力Ff和平均黏附力Fad；然后，根据弹性接触理论及界面摩擦理论的公式计算得到材料极限剪切应力；并将纳米材料表面各点的极限剪切应力处理成分布图像。本发明是基于高力学灵敏度的原子力显微镜技术，在定量测量精度上比传统极限剪切应力测量技术要高，对样品的表面形貌要求低，适用于多种纳米材料。本发明基于的理论是广泛认可的JKR弹性接触理论和界面摩擦理论，该理论广泛应用于纳米尺度的材料机械性能研究，确保了本测量方法可靠性。

主权项

一种纳米材料极限剪切应力的测量方法，包括以下步骤：第一步：使用原子力显微镜(AFM)，施加法向载荷Fn，测量样品表面选定区域各点的摩擦力Ff和平均黏附力Fad；第二步：将第一步得到的黏附力Fad代入式(1)计算，得到样品表面的黏附能γ：γ=Fad2πR---(1)]]>第三步：将第二步得到的黏附能γ代入式(2)计算，得到零载荷下探针与样品的接触面积A0：A0=(6πγR2E*)2/3---(2)]]>式(2)中E*为等效弹性模量,且E1，E2分别为探针与样品的弹性模量；第四步：将第三步得到的零载荷下的接触面积A0代入式(3)计算，得到探针与样品的实际接触面积A：A=A0×12[1+y2+(1+y)1/2]2/3---(3)]]>式(3)中y＝‑Fn/Fad；第五步：将第四步得到的实际接触面积A代入式(4)计算，得到样品表面极限剪切应力：τc＝Ff/A  (4)。