Nanoindentación basada en espectroscopia de fuerzas con un microscopio de fuerza atómica

Main Article Content

Mauricio Arroyave Franco

Keywords

fuerza atómica, espectroscopia de fuerzas, nanoindentación

Resumen

Se presenta la implementación de un método para indentar superficies rígidas a nanoescala utilizando un microscopio de fuerza atómica (Atomic Force Mi-croscopy–AFM). Esta se basa en el modo de espectroscopia de fuerzas (Force Spectroscopy–FS) que usualmente se encuentra disponible en los AFM, la cual permite generar un movimiento vertical de la punta AFM sin desplazamiento lateral. Se hizo necesario caracterizar la fuerza aplicada por el AFM para producir la indentación a través de la determinación del factor de sensitividad de la viga AFM. Se pudieron obtener curvas de fuerza versus desplazamiento, características de los sistemas para nanoindentación dinámica Depth–Sensing Indentation (DSI), sin embargo estas curvas no son aptas para diagnóstico de propiedades mecánicas por el método de Oliver & Pharr. Fueron generadas huellas de indentación del orden de 1 nm de profundidad sobre silicio poli-cristalino y del orden de 50 nm de profundidad sobre aluminio aleado 6261. Estos resultados son prometedores en apliaciones con materiales de la era de la nanotecnología que deben ser evaluados en dichas escalas.

PACS: 07.79.Lh,34.20.Cf, 07.75.+h

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Abstract 920 | PDF Downloads 485

Referencias

[1] Anthony C. Fischer Cripps. Nanoindentation (Mechanical engineering series), ISBN 0–387–22045–3. Springer, New York, 2004.

[2] Mauricio Arroyave. Nanocaracterización estructural y mecánica de recubrimientos de TiN y ZrN producidos por descarga de arco pulsado. Tesis de maestría en ciencias físicas. Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales, 2004.

[3] K. L. Johnson, K. Kendall and A. D. Roberts. Surface Energy and the Contact of Elastic Solids. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, ISSN 1364–5021, 324(1558), 301–313 (1971).

[4] B. V. Derjaguin, V. M. Muller and Yu. P. Toporov. Effect of contact deformations on the adhesion of particles. Journal of colloid and interface science, ISSN 0021– 9797, 53(2), 314–326 (1975).

[5] M. Barquins and D. Maugis. Fracture mechanics and the adherence of viscoelastic bodies. Journal of Physics D: Applied Physics, ISSN 0022-3727, 11(14), 1989–2023 (1978).

[6] M. R. VanLandingham, S. H. McKnight, G. R. Palmese, J. R. Elings, X. Huang, T. A. Bogetti, R. F. Eduljee and J. W. Gillespie, Jr. Nanoscale Indentation of Polymer Systems Using the Atomic Force Microscope. The journal of Adhesion, ISSN 0021–8464, 64(1–4), 31–59 (1997).

[7] N. A. Burnham and R. J. Colton. Nanomechanics. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Theory, Techniques, and Applications, Second edition, ISBN 0–471–24824–X. Wiley–VCH, USA, 2000.
[8] I. N. Sneddon. The relation between load and penetration in the axisymmetric Boussines problem for a punch of arbitrary profile. International Journal of Engineering Science, ISSN 0020–7225, 3(1), 47–57 (1965).

[9] E. Martínez and J. Esteve. Nanoindentation hardness measurements using realshape indenters: application to extremely hard and elastic materials. Applied physics. A, Materials science & processing, ISSN 0947–8396, 72(3), 319–324 (2000).

[10] S. A. Syed, R. J. Colton and K. J. Wahl. Nanoscale surface mechanical property measurements: Force modulation techniques applied to nanoindentation. Interfacial properties on the submicron scale, ISBN 9780841236912, J. Frommer and R. Overney editors. ACS Books, 2000.