Cải thiện độ chính xác của máy tạo nếp nano đòi hỏi từ hiệu chuẩn dụng cụ, tiền xử lý mẫu, tối ưu hóa thông số và điều khiển mô hình đa chiều, kết hợp với thử nghiệm lặp đi lặp lại và xác minh phương pháp chéo, để có được dữ liệu cơ học vi nạp đáng tin cậy. Là phương tiện cốt lõi để mô tả đặc tính cơ học ở quy mô micronanomet của vật liệu, độ chính xác của kết quả thử nghiệm ảnh hưởng trực tiếp đến việc đánh giá các thông số chính như độ cứng, mô đun của vật liệu. Tuy nhiên, sự kết hợp của nhiều yếu tố trong quá trình thử nghiệm có thể dẫn đến độ lệch dữ liệu, cần phân tích hệ thống từ ba khía cạnh thiết bị, mẫu và hoạt động.
I. Phần cứng dụng cụ và độ chính xác hiệu chuẩn
Hiệu suất của các thành phần cốt lõi của máy tạo nếp nano (ví dụ: đầu nén, cảm biến dịch chuyển, cảm biến tải) trực tiếp xác định giới hạn và độ phân giải thấp hơn của phép đo. Hình dạng hình học của đầu kim cương, chẳng hạn như hình tam giác Berkovich, nếu có lỗi mài mòn hoặc xử lý, sẽ thay đổi cơ sở tính toán diện tích tiếp xúc, dẫn đến độ cứng và mô đun lệch có hệ thống. Ngoài ra, trạng thái hiệu chuẩn của cảm biến là rất quan trọng: các cảm biến tải/dịch chuyển không được hiệu chuẩn thường xuyên giới thiệu độ trôi không hoặc độ lệch độ nhạy, chẳng hạn như cảm biến tải không được đặt lại sau khi quá tải, có thể làm biến dạng dữ liệu vùng tải thấp. Mặc dù môi trường chân không cao có thể làm giảm nhiễu giảm xóc không khí, nhưng biến động nhiệt độ và độ ẩm xung quanh vẫn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của cảm biến và cần phải hoạt động trong phòng thí nghiệm nhiệt độ và độ ẩm không đổi.
II. Đặc điểm mẫu và trạng thái bề mặt
Độ nhám bề mặt của mẫu là yếu tố gây nhiễu hàng đầu. Nếu bề mặt nhấp nhô vượt quá 1/10 độ sâu nhấn (ví dụ: Ra>50nm), đầu dễ dàng chạm vào đỉnh cao hơn là mặt phẳng, gây ra "nhấn giả", làm cho mô đun thực tế cao hơn. Đối với các mẫu phim, hiệu ứng cơ bản là đáng chú ý: khi độ dày của màng nhỏ hơn 10 lần độ sâu ép vào, biến dạng cơ bản chồng lên phản ứng của màng và cần phải được điều chỉnh bằng mô hình Oliver-Pharr hoặc áp dụng chế độ ép siêu nông (độ sâu<100nm). Ngoài ra, tính dị hướng của mẫu (chẳng hạn như các bề mặt tinh thể khác nhau của các tinh thể đơn) có thể dẫn đến các tính chất cơ học thay đổi theo hướng ép, cần xác định rõ phương vị thử nghiệm; Vật liệu xốp hoặc composite có thể gây ra các vết nứt do tập trung ứng suất cục bộ, làm cho đường cong dịch chuyển tải trở nên bất thường.
III. Kiểm tra các thông số và quy trình hoạt động
Tốc độ tải tương quan với tốc độ mà thời gian giữ tải ảnh hưởng đến vật liệu. Mô đun của các vật liệu đàn hồi nhớt như polymer nhạy cảm với tốc độ tải và tải quá nhanh (chẳng hạn như>10mN/s) có thể che giấu hành vi leo, dẫn đến mô đun được đánh giá quá cao. Giai đoạn giữ tải Nếu thời gian không đủ (chẳng hạn như<10s), thư giãn nhớt không hoàn thành, đường cong dỡ hàng lệch khỏi đường đàn hồi lý tưởng, ảnh hưởng đến tính toán độ cứng tiếp xúc. Việc lựa chọn độ sâu nhấn đòi hỏi độ phân giải cân bằng và nhiễu cơ bản: quá nông (<20nm) dễ bị ảnh hưởng bởi lớp oxy hóa bề mặt hoặc lớp hấp phụ, quá sâu có thể xâm nhập vào màng. Ngoài ra, độ lệch căn chỉnh của đầu ép với mẫu (chẳng hạn như nghiêng>2 °) có thể dẫn đến việc tính toán sai diện tích tiếp xúc và cần đảm bảo nhấn thẳng đứng thông qua định vị quang học hoặc laser.
IV. Áp dụng mô hình xử lý dữ liệu
Mô hình Oliver-Pharr cổ điển giả định rằng vật liệu là một chất đàn hồi đẳng hướng, đồng nhất, bỏ qua tính phi tuyến của sự phân bố ứng suất của các vùng nhựa. Đối với các vật liệu siêu cứng (như màng carbon giống kim cương) hoặc các kịch bản biến dạng nhựa lớn, mô hình sẽ đánh giá thấp mô đun thực tế; Độ nhớt của các vật liệu mềm như biogel cần được điều chỉnh theo mô hình Kelvin-Voigt. Ngoài ra, tính toán độ sâu tiếp xúc phụ thuộc vào hàm diện tích đầu, nếu không được hiệu chuẩn bằng khối tiêu chuẩn, chẳng hạn như thạch anh nóng chảy, lỗi nhỏ của hàm diện tích sẽ được phóng đại thành kết quả mô đun (hệ số truyền lỗi khoảng 2).