Måling af nano-hårdhed og Youngs Modul

Ny metode bestemmer hårdhed og elasticitetsmodul af små partikler og tynde overflader ved hjælp af AFM. Metoden kan bidrage med ny viden om pulvere, tynde belægninger og biologiske samples overfladeegenskaber

Pulvere og tynde, hårde belægningers egenskaber afhænger af deres materialeegenskaber, som hidtil har været meget vanskelige at måle grundet de små dimensioner. Nu kan DFM A/S, Danmarks Nationale Metrologiinstitut tilbyde måling af elasticitetsmodulet og hårdhedstallet for et materialevolumen helt ned til de yderste nanometer af en overflade.

Måling på de yderste 1-100 nanometer muliggør måling på meget små partikler og meget tynde overflader

DFM, Danmarks Nationale Metrologiinstitut, har udviklet en metode til måling af overfladehårdhed og overfladeelasticitet ved hjælp af atomic force mikroskopi (AFM). Metoden, kan f.eks. bestemme elasticitetsmodulet, også kaldet Youngs modul, for de yderste 1 til 100 nanometer af en overflade, og kan anvendes på selv meget små partikler, pulvere og granulater eller tynde belægninger. Dermed kan metoden bidrage til en forståelse af f.eks. pulveres flydeegenskaber i medicinalindustrien eller styrken af hårde belægninger. Metoden kan bestemme et hårdhedstal for overfladens hårdhed, der overraskende ofte er større når dimensionerne af emnet er mindre. Målingen kræver kun ganske små mængder materiale at måle på, og kan derfor f.eks. anvendes meget tidligt i en produktion, hvor tilgængeligheden af materiale er begrænset eller når emner er meget små.

Hårdhedsmåling på polymerer og biologiske materialer

Typiske metoder til bestemmelse af elasticitet og hårdhed baserer sig på synlige indtryk, eksempelvis ved at trykke en diamantspids eller en hærdet stålkugle ned i overfladen og måle størrelsen af indtrykket. Med DFMs nye metode foretages indtrykket med en mikroskopisk diamantspids i et atomic force mikroskop, og kun overfladens alleryderste lag udmåles. Metoden kan bruges på næsten alle materialer, herunder organiske eller biologiske materialer og mikrometertynde hårde belægninger. Den tillader sporbar måling af elasticiteten i form af Youngs modul i intervallet 1 – 10 GPa, som er typiske værdier for mange vigtige polymerer som f.eks. polystyren.

Billedet herover viser mikroskopiske indtryk i en overflade, foretaget med AFM.