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第1章 绪论1

1.1 微纳米力学测试的意义和必要性1

1.2 微纳米力学测试方法的现状和发展趋势3

1.3 本书的主要内容和安排8

参考文献9

第2章 接触力学与纳米压痕方法13

2.1 引言13

2.2 接触力学14

2.2.1 赫兹接触14

2.2.2 赫兹接触的基本公式16

2.2.3 圆锥形压针与弹性半空间的接触力学分析17

2.2.4 弹塑性接触18

2.3 纳米压痕测试原理及实验方法19

2.3.1 准静态纳米压痕测试19

2.3.2 动态纳米压痕测试22

2.3.3 影响纳米压痕测试的常见因素23

2.4 纳米压痕应用简介24

2.4.1 薄膜系统力学性能的测试24

2.4.2 纳米压痕对材料界面的表征27

2.5 本章小结30

参考文献30

第3章 原子力显微镜及力-距离曲线测试方法32

3.1 引言32

3.2 AFM基本原理33

3.2.1 AFM基本原理及组成33

3.2.2 AFM探针35

3.2.3 位敏检测器37

3.3 AFM工作模式38

3.3.1 接触模式38

3.3.2 轻敲模式39

3.3.3 非接触模式41

3.3.4 轻敲抬起模式42

3.3.5 轻敲模式下的相位成像技术42

3.3.6 AFM在液相环境下的使用42

3.3.7 环境控制AFM成像43

3.4 AFM样品制备以及成像过程中的一些常见问题和解决方案44

3.4.1 AFM测试样品制备44

3.4.2 AFM成像常见问题及解决方案44

3.5 基于AFM的力-距离曲线测试方法46

3.5.1 概述46

3.5.2 微悬臂的弹性常数和共振频率的校准50

3.5.3 针尖样品之间常见的作用力54

3.6 力-距离曲线在低维纳米材料力学和细胞力学领域的应用57

3.6.1 力-距离曲线用于低维纳米材料力学性能测试57

3.6.2 力-距离曲线用于细胞的纳米力学性能测试60

3.7 本章小结63

参考文献63

第4章 扫描探针声学显微术原理及实验实现65

4.1 引言65

4.2 扫描探针声学显微术定量化纳米力学测试基础65

4.2.1 探针微悬臂的弯曲自由振动分析66

4.2.2 悬臂梁模型与弹簧质量模型的等效67

4.2.3 针尖与样品表面接触时悬臂梁的弯曲振动分析68

4.2.4 针尖与样品之间的法向接触力学分析72

4.2.5 弹性模量定量化测量的参考方法74

4.2.6 扭转振动模式下测量剪切模量、泊松比及摩擦力75

4.3 扫描探针声学显微术测试系统实验实现79

4.3.1 概述79

4.3.2 测试系统组成80

4.4 扫描探针声学显微术的两种成像模式84

4.5 液相模式下的扫描探针声学显微术87

4.6 本章小结89

参考文献89

第5章 AFAM测试方法的准确度和灵敏度92

5.1 引言92

5.2 AFAM准确度研究92

5.2.1 AFAM与其他微纳米力学测试技术的比较92

5.2.2 描述悬臂梁动力学特性的模型分析94

5.2.3 针尖样品接触力学行为和针尖磨损96

5.2.4 AFAM测量过程中的非线性效应99

5.2.5 影响定量化测试的其他因素100

5.3 AFAM灵敏度研究101

5.3.1 微悬臂各阶模态的灵敏度分析101

5.3.2 通过附加集中质量提高测试灵敏度104

5.3.3 激光点位置设定对微悬臂响应检测的影响106

5.4 本章小结108

参考文献108

第6章 基于AFAM的黏弹性力学性能测试110

6.1 引言110

6.2 黏弹性力学基础110

6.2.1 麦克斯韦模型112

6.2.2 开尔文模型112

6.2.3 标准线性固体模型113

6.2.4 复模量114

6.3 基于AFAM的黏弹性力学性能测试理论基础115

6.3.1 针尖样品存在黏弹性作用时探针的动力学分析115

6.3.2 针尖样品接触力学分析117

6.3.3 简谐激励下探针的动力学响应117

6.4 AFAM用于材料黏弹性力学性能测试及成像119

6.5 本章小结126

参考文献127

第7章 扫描探针声学显微术在材料测试方面的应用129

7.1 引言129

7.2 纤维增强复合材料领域的应用129

7.3 智能材料领域的应用133

7.4 生物材料领域的应用136

7.5 薄膜及纳米材料领域的应用141

7.6 本章小结149

参考文献149

第8章 原子力显微镜多频成像技术153

8.1 引言153

8.2 动态（轻敲）模式原子力显微镜153

8.3 动态模式下针尖样品之间力-距离曲线的重构157

8.4 针尖样品间能量损耗测量160

8.5 多频成像技术成像模式及其应用163

8.5.1 双模态或多模态动态成像164

8.5.2 弯曲振动高次谐波成像171

8.5.3 频带激励173

8.5.4 扭转高次谐波成像174

8.5.5 扫描近场声全息178

8.6 本章小结181

参考文献181

索引184