Наноиндустрия #5/2024
Б.А.Логинов, В.А.Беспалов, А.Н.Образцов, А.Б.Логинов, В.Б.Логинов, Ю.В.Хрипунов, М.А.Щербина, Д.А.Севостьянова, Д.С.Богданова, Р.Г.Горбачев, К.Е.Кондратьева, М.А.Лебедева, А.А.Мульгин, Д.А.Шевченко
РАЗРАБОТКА ШИРОКОПОЛЬНОГО СКАНЕРА- ПРОФИЛОМЕТРА И НОВЫХ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ДЛЯ ПЕРВОГО В МИРЕ АТОМНО- СИЛОВОГО МИКРОСКОПА – СПУТНИКА ЗЕМЛИ DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.5.248.258 Предложена и проработана новая конструкция сканера для атомно-силового микроскопа-спутника, предназначенного для работы в течение нескольких лет в автономном режиме в открытом космосе с целью исследования орбит на содержание микро- и наночастиц пыли на базе профилометра в качестве одной из осей сканирования. Микроскоп с данным сканером рассчитан и проверен на стойкость к перегрузкам до 50g при запуске, энергопотреблению не более 1 Вт от солнечных батарей, устойчив к потокам быстрых ионов солнечной плазмы, имеет большое поле сканирования открытого на космос зеркала для обнаружения и исследования попадающих на него частиц даже при малом их количестве. Показано, что применяемый в профилометрах индуктивный датчик с линейным приводом на длину в десятки миллиметров дорабатывается до разрешения в 1 нм, как по высотам рельефа за счет уменьшения магнитного зазора, так и по латерали за счет использования сверхострых алмазных игл с острием из нескольких атомов на конце. Применение второго линейного привода для второй координаты обеспечивает сканирование строчка за строчкой больших площадей с нанометровой точностью до 10 Гигапикселей, при этом сканирование одного кадра за несколько суток вполне допустимо для космического эксперимента, длящегося несколько лет в автономном режиме. При выборе материала зеркала микроскопа разработаны новые способы измерения твердости объемных материалов и тонких пленок, имеющие ряд принципиальных преимуществ и не требующие каких-либо других приборов при наличии профилометров или зондовых микроскопов. Изготовлены и испытаны макеты основных узлов нового сканера, которые показали его принципиальную работоспособность и позволили приступить к патентованию и изготовлению летной версии автономного космического атомно-силового микроскопа, претендующего на звание "первого в мире". Наноиндустрия #1/2024
А.С.Кушнерева, И.В.Лактионов, А.С.Усеинов, С.В.Орлов, Е.С.Статник, П.А.Сомов
МИКРОСФЕРИЧЕСКИЕ АЛМАЗНЫЕ НАКОНЕЧНИКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ИНСТРУМЕНТАЛЬ­НОГО ИНДЕНТИРОВАНИЯ DOI: 10.22184/1993-8578.2024.17.1.44.49 Цель данного исследования заключается в разработке и демонстрации методики создания сфероконического алмазного индентора с характерным размером наконечника порядка 5 мкм. Производство описываемого наконечника реализуется за счет использования пикосекундного лазера для формирования заготовки и фокусированного ионного пучка для финальной обработки изделия. Для контроля геометрии в процессе изготовления использовался атомно-силовой микроскоп. Высота рабочей области полученного наконечника составила 1 мкм. В исследовании также продемонстрирована применимость изготовленного индентора и приведены диаграммы нагружение-внедрения во время индентирования и АСМ-изображения остаточных отпечатков. Наноиндустрия #7-8/2023
И.В.Красногоров, А.А.Русаков, В.Н.Решетов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА СИЛЫ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО НАНОТВЕРДОМЕРА DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.434.442 Оборудование для инструментального наноиндентирования традиционно представляет собой изделие, содержащее датчик перемещения и силозадающий элемент, работающие в нанодиапазоне смещений и сил. При этом все рабочие элементы нанотвердомера имеют систему упругого крепления к жесткому корпусу. Однако часть генерируемого актюатором усилия тратится на деформацию системы подвеса подвижных элементов. В данной статье рассматривается конструкция нанотвердомера, в который введена силовая ячейка, позволяющая измерять реальное значение усилия индентирования без необходимости учета потерь на деформацию упругих элементов нано­твердомера. Такая модификация изделия, по мнению авторов, позволяет существенно повысить точность измерения механических свойств мягких материалов и тонких покрытий. Наноиндустрия #6/2022
Е.В.Гладких, К.С.Кравчук, В.Н.Решетов, А.А.Русаков, А.С.Усеинов
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЦЕССА ИНДЕНТИРОВАНИЯ СТАЛИ EUROFER97 ПОСЛЕ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ https://doi.org/10.22184/1993-8578.2022.15.6.336.343 Сочетание ионного облучения и наноиндентирования является обширной областью исследований, которая включает в себя не только эксперименты, но и моделирование, способное выявить особенности деформационного поведения материалов на микро- и наномасштабе. Проведенное в работе моделирование позволило оценить соответствие между параметрами прочности, измеряемыми в ходе испытаний на растяжение макрообразцов, облученных нейтронами, и результатами динамического инструментального индентирования образцов, участвовавших в эксперименте по облучению ионами. Рассчитанный в ходе моделирования прирост твердости оказался сопоставим с полученным экспериментально, что говорит о работоспособности методики. Пластическое поведение, свойственное образцам в эксперименте, проявляющееся в снижении высоты валов при увеличении дозы облучения, подтвердилось и в моделировании. Наноиндустрия #5/2021
С.В.Апресян, М.А.Гаджиев, К.С.Кравчук, Е.В.Гладких, Г.Х.Султанова, А.А.Русаков, А.С.Усеинов
Анализ механических свойств материалов для стоматологических конструкций после проведения искусственного старения DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.5.260.269 Ключевой особенностью данной работы является исследование поведения механических свойств материалов для стоматологических конструкций в результате воздействия процесса, имитирующего старение, происходящее с материалами в ходе длительной эксплуатации. В статье приводятся результаты для материалов, напечатанных на 3D-принтере, а также полученных фрезерованием из заготовок. Измерения твердости и модуля упругости проводились методом наноиндентирования, коэффициентов линейного износа и трения – методом истирания, а модуля упругости, прочности и деформации – методом трехточечного изгиба. Наноиндустрия #3-4/2021
М.А.Гаджиев, К.С.Кравчук, Е.В.Гладких, Г.Х.Султанова, А.А.Русаков, А.С.Усеинов, С.В.Апресян
Сравнительные испытания объемных и поверх­ностных механических свойств материалов для стоматологических конструкций, полученных с помощью аддитивных технологий DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.3-4.196.204 В работе приведены результаты испытания инструментальных твердости и модуля упругости, коэффициентов линейного износа и трения исходных и полированных образцов для стоматологических конструкций, полученных с помощью аддитивных технологий. Помимо исследования локальных механических свойств, проводилось измерение объемных характеристик – модуля упругости, прочности и деформации – с помощью метода трехточечного изгиба. Поверхность образцов, подвергнутых испытанию на изгиб, не проходила пробоподготовку. Наноиндустрия #2/2021
А.С.Усеинов, К.С.Кравчук, Е.В.Гладких, С.В.Прокудин
Измерение механических свойств методом инструментального индентирования в широком диапазоне температур DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.2.108.116 В данной работе приведен обзор решений для исследования физико-механических свойств материалов методом инструментального индентирования в диапазоне температур от -60 до +450°C с помощью нанотвердомеров серии "НаноСкан-4D". Актуальность данного обзора неоспорима, поскольку перед большинством специалистов-материаловедов встает задача изучения поведения материалов в расширенных эксплуатационных условиях. Рассмотрены особенности конструкции дополнительных модулей, используемых для измерений твердости в условиях с переменной температурой, приведены преимущества и ограничения рассмотренных конфигураций. Особое внимание уделено сравнению измерительных систем, в которых поддерживается равная температура на образце и приборе, с установками, в которых происходит нагревание только образца. Даны примеры исследований широкого круга материалов в различных температурных диапазонах. В том числе приведена зависимость твердости алюмоматричных композиционных материалов в диапазоне температур от 20 до 350°С. Наноиндустрия #2/2019
К.С.Кравчук, А.С.Усеинов, И.В.Лактионов, А.П.Федоткин
Картирование механических свойств как метод диагностирования включений в сложных многофазных минералах Продемонстрирован метод картирования механических свойств, являющийся наглядным инструментом визуализации распределения свойств неоднородных, многофазных материалов. Показана возможность построения многослойных интерактивных карт и анализа распределения свойств материалов. DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.140.146 Наноиндустрия #3/2018
Е.Гладких, К.Кравчук, А.Усеинов
Исследование температурно-зависимых механических свойств полимеров, измеренных методом динамического механического анализа Испытания методом динамического механического анализа полимеров при повышенных и пониженных температурах проводились на нанотвердомере "НаноСкан-4D", оснащенном системой управления нагревом и охлаждением, состоящей из столика контроля температуры, в котором использовался термический элемент Пельтье. Анализ свойств поликарбоната и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) показал, что нагревание от комнатной температуры до 60 °C приводит к снижению значения твердости на 15%, а охлаждение до 2 °C вызывает его увеличение на ту же величину. Изменение модуля упругости поликарбоната в рассматриваемом температурном диапазоне не превышало 10%, а модуль потерь был близок к нулю во всем рассматриваемом интервале температур. Модули упругости и потерь сверхвысокомолекулярного полиэтилена увеличились в два раза, когда температура изменилась с 2 до 60 °C. УДК 681.2.083; ВАК 05.11.13; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.83.3.238.244 Наноиндустрия #6/2016
В.Мещеряков, И.Маслеников, В.Решетов, А.Усеинов
Использование резонансной частоты колебаний индентора для повышения разрешения при измерении нагрузки индентирования Описывается метод измерения средней силы взаимодействия осциллирующего острия индентора с образцом, основываясь на данных о сдвиге резонансной частоты колебаний в контакте с поверхностью. DOI:10.22184/1993-8578.2016.68.6.70.76