第10章

AFM其它應用功能：(奈米壓痕測試之介紹)

本校之AFM因其本身具有奈米壓痕功能(含力曲線繪製程式)因此可以擷取物體的本身的機械性質，近年來，隨著新材料的合成以及製造技術的大幅提昇，使得各類精密器件之特徵尺寸愈趨輕薄短小。然而，當材料尺度開始限縮到100μm以下的時候，在性質檢測上會遇到無法再以傳統的壓縮、拉伸等試驗方式操作之困擾。如：微小試片該如何夾持、固定與量測…等問題。尤其是微/奈米尺度材料的結構與力學行為更是目前眾所關注的前沿課題。為有助於掌握材料在微觀狀態受力時的行為模式，使用原子力顯微鏡(含奈米壓痕檢測功能)將可有效解決這些問題。它是利用連續記錄負荷和壓入深度的方式獲得材料的硬度和楊氏模數，故亦稱為壓痕深度感測儀(Depth-sensing indentation, DSI )。

其優點是過程中省去了傳統測試的壓入後在量測壓痕殘留對角線時產生的人為量測誤差。其次是具有高度定位的能力，在壓痕前可以利用奈米壓痕器來掃描待測樣品欲壓入之微區，並同時以壓電陶瓷定位。因其精密度可達奈米等級，故使用奈米壓痕量測時兼具壓入及掃描的功能！且可以控制極小的荷重及選擇壓痕作用的範圍來量測材料在奈米尺度下的微觀塑性及彈性行為！因此可大大滿足中小學教育人員在教學研究上的深度和廣度。此外，奈米壓痕技術亦具有可以廣泛應用於金屬、高分子聚合物、複合材料、陶瓷、微機電系統(MENS)及生醫植材…等等之特點。即可知道元素的組成，使原有的物性結構分析能力再添加了化學元素分析的功能；在觀測表面結構時，能夠同時分析微觀區域之定性及定量成份分析，使得原子力顯微鏡成為用途最廣的科學儀器之一。

奈米技術已成為現今科技之主流及支撐新經濟的希望。尤其是許多傳統產業因著奈米科技的引入，皆已順利提升產業層次，與世界先進水平接軌。台灣起步雖較美、日、歐等國略晚，但奈米技術之發展已納入行政院「挑戰2008：國家發展重點計畫」，自92至97年分兩階段進行，政府將投入231.72億元全力推動台灣發展奈米科技。我們分析未來有兩項重要的切入點，其一在於技術平台水準的維持；其二是材料開發和檢測技術！此兩點對於核心技術的培養具有關鍵性的作用。而奈米壓痕量測技術是整個奈米檢測技術中的一個重要組成部分，對於在奈米尺度下研究元件和材料的結構與性質提供了新的研究價值及新的應用。底下我們簡介幾項具有前瞻性研究與應用之例，並試著對奈米壓痕技術之未來勾勒一些展望。