موضوع مقاله: نانوایندنتیشن | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نانوایندنتیشن | مقدمه: نانوایندنتیشن، که با نام آزمون فرو رفتگی ابزارمند نیز شناخته می‌شود، نوعی از آزمون‌های سختی فرو رفتگی است که برای حجم‌های بسیار کوچک از مواد به کار می‌رود. | ## بخش 1: نانوایندنتیشن | این تکنیک در دهه ۱۹۷۰ میلادی توسعه یافت تا سختی حجم‌های کوچک از مواد را اندازه‌گیری کند. با افزایش فشار، نوک فرو رونده بیشتر در نمونه نفوذ می‌کند تا به مقدار مشخص‌شده توسط کاربر برسد. پس از آن، سطح باقی‌مانده‌ی فرو رفتگی اندازه‌گیری می‌شود و سختی به صورت نسبت بیشینه‌ی فشار به سطح باقی‌مانده‌ی فرورفتگی تعریف می‌شود: در بیشتر روش‌ها، سطح فرو رفتگی با استفاده از میکروسکوپ نوری به‌طور مستقیم اندازه‌گیری می‌شود. همان‌طور که از این رابطه مشخص است، یک فشار مشخص در ماده‌ی "سخت" فرو رفتگی کوچکتری نسبت به ماده‌ی "نرم" ایجاد می‌کند. نانوایندنتیشن این مشکلات را با استفاده از نوک‌های دقیق در مقیاس نانو، دقت بالا در تعیین محل فرو رفتگی، و ثبت داده‌های لحظه‌ای از فشار و جابجایی در حین آزمایش، برطرف می‌کند.Oliver, W.C. سختی (Hardness) سختی با استفاده از معادله‌ای که در بالا آمده است تعیین می‌شود؛ این معادله بار بیشینه را به سطح فرورفتگی مرتبط می‌سازد. سطح فرورفتگی را می‌توان پس از انجام آزمایش با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در محل (in-situ) یا با میکروسکوپ نوری (یا الکترونی) پس از انجام آزمایش اندازه‌گیری کرد. تصویر نمونه‌ای از فرورفتگی که از آن می‌توان سطح را تعیین کرد، در سمت راست نشان داده شده است. استفاده از این تابع سطحی امکان محاسبه سختی نانویی در زمان واقعی را از نمودار بار-جابجایی فراهم می‌سازد. | ## بخش 2: نانوایندنتیشن | با این حال، در مورد استفاده از این توابع برای تخمین سطح باقی‌مانده در مقابل اندازه‌گیری مستقیم، اختلاف‌نظرهایی وجود دارد. تابع سطحی معمولاً سطح پیش‌بینی‌شده فرورفتگی را به صورت یک تابع چندجمله‌ای درجه دوم از عمق فرورونده توصیف می‌کند. اگر تعداد زیادی ضریب در تابع استفاده شود، ممکن است تابع به نویز داده‌ها حساس شود و نقاط عطفی در منحنی ظاهر گردد. با این حال، اگر داده‌های زیادی در دسترس باشد، گاهی نیاز است از هر ۶ ضریب استفاده شود تا تابع سطحی مناسبی حاصل شود. استفاده انحصاری از تابع سطحی بدون داشتن دانش کافی از پاسخ ماده می‌تواند منجر به تفسیر نادرست داده‌های حاصل شود. نانوفرورفتگی: روشی قدرتمند برای تعیین خواص مکانیکی نانوفرورفتگی یک تکنیک قدرتمند برای تعیین خواص مکانیکی مواد است. با ترکیب اعمال بارهای کم، اندازه‌گیری جابجایی حاصل، و تعیین سطح تماس بین نوک فرورونده و نمونه، می‌توان طیف وسیعی از خواص مکانیکی را اندازه‌گیری کرد. کاربردی که موجب توسعه این تکنیک شد، آزمایش خواص لایه‌های نازک بود؛ جایی که روش‌های سنتی آزمایش مکانیکی قابل اجرا نیستند. روش‌های معمول مانند آزمون کشش یا تحلیل مکانیکی دینامیکی (DMA) تنها می‌توانند میانگین خواص ماده را ارائه دهند، بدون آن‌که اطلاعاتی درباره تغییرات خواص در نقاط مختلف نمونه بدهند. | ## بخش 3: نانوایندنتیشن | اما نانوفرورفتگی این امکان را فراهم می‌کند که خواص موضعی مواد همگن و ناهمگن به‌طور دقیق بررسی شوند. کاهش نیاز به اندازه بزرگ نمونه باعث شده این تکنیک در محصولاتی که در حالت تولیدشده‌شان ماده کافی برای آزمون سختی‌سنجی میکرو ندارند، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گیرد. از جمله کاربردهای این حوزه می‌توان به ایمپلنت‌های پزشکی، کالاهای مصرفی، و بسته‌بندی اشاره کرد. در این بازه، اثرات مقیاس قابل‌توجهی مشاهده می‌شود؛ به این معنا که خواص مکانیکی به‌دست‌آمده وابسته به عمق فرورفتگی هستند. احتمال نبود جابجایی‌ها (Dislocations) در ناحیه تغییر شکل، که در این صورت برای شروع تغییر شکل پلاستیک باید جابجایی‌ها هسته‌زایی شوند و این امر نیازمند تنش‌های بالاتر است. این پدیده می‌تواند باعث ایجاد ویژگی «پرش ناگهانی» (Pop-in) در نمودار بار-جابجایی شود. با این حال، هیچ روش اصلاحی سیستماتیک و جهانی برای حذف این اثرات مقیاس وجود ندارد و معمولاً با نانوفرورونده‌ها نمی‌توان حجمی را تغییر شکل داد که به اندازه کافی نماینده ماده توده‌ای باشد. | ## جمع‌بندی | همچنین باید توجه داشت که مقیاس بسیار کوچک نانوفرورفتگی می‌تواند نتایج را به زبری سطح و وجود لایه‌های اکسیدی یا آلودگی‌های سطحی حساس کند.