Cercetare de Ex - Institutul de Mecanica Solidelor

12. Initierea unor noi tipuri de experiente pe baza teoriilor de nanomecanica
computationala
Istoria instrumentatiei la nanoscara este relativ scurta, in jur de douazeci de ani. Primele
studii s-au facut 1981 cand Heinrich Rohrer si Gerd Binnig (IBM Research in Zurich), au inventat
microscopul STM (scanning tunnelling microscope). De atunci o serie de masini si instrumente
au fost inventate si construite, incluzand in mod special microscopul AFM (atomic force
microscope). Nanoindentarea este un instrument eficient de investigare a proprietatilor mecanice
ale materialelor la mici dimensiuni. Ne referim la testarea sensibila a adancimii de indentare in
domeniul nanometric prin utilizarea echipamentelor care realizeaza indentari fine si inregistreaza
in acelasi timp forta si deplasarea cu mare acuratete si precizie, si modele de analiza avansate care
interpreteaza datele experimentale pentru a obtine rigiditatea, duritatea si alte proprietati
mecanice. Testele de indentare clasica au fost utilizate initial si sunt utilizate si in prezent pentru a
masura modulul de elasticitate al lui Young si duritatea materialului, pe baza teoriilor clasice
liniare ale elasticitatii, fara sa se obtina informatii privind proprietatile viscoelastice si
capabilitatile de amortizare ale materialelor.
Limitarile metodelor curente de nanoindentare sunt:
▪ calculul modulului de elasticitate al lui Young (bazat pe curba de descarcare) si al duritatii
este limitat la materiale izotrope, liniare;
▪ problemele asociate cu fenomenle de pile-up sau sink-in la frontiera indenterului in timpul
procesului de indentare, continua sa genereze multe discutii;
▪ nu se ofera informati suficiente asupra proprietatilor elastice si vascoelastice pentru
materiale nanostructurate anizotrope, neomogene si neliniare;
▪ nu se obtin informati sufiecinet relativ la evaluarea si masurarea capacitatii de amortizare
a materialelor nanostructurate;
▪ teoriile existente esueaza in afara domeniului mecanicii clasice liniare.
Proprietatile materialelor la dimensiune mica sunt foarte diferite de cele la macroscara.
Principala limita este data de faptul ca efecte intim legate de interactiuni la diferite scari metrice
nu sunt luate in consideratie in teoriile actuale pe care se bazeaza masuratorile prin
nanoindentare.
In prezent, din analiza dinamica se obtin informatii limitate privind amortizarea pentru
materialele cu amortizare redusa, insa pentru materialele cu amortizare mare cum este cauciucul,
rezultatele sunt departe de realitate.
Un rezultat incorect privind capacitatea de amortizare a materialelor poate cauza schimbari
de design care pot cauza reduceri nedorite ale rezistentei si rigiditatii. Noul concept propus consta
in construirea unei linii de indentere care se misca cu viteza v, unele din ele actionand pe fiecare
parte a suprafatei probei in directii opuse, sau actionand pe o parte, cealalata parte a probei fiind
incastrata (fig.6). In acest fel este posibila evaluarea nu numai a proprietatilor elastice dar si a
capacitatii de amortizare, libere de efectul de substrat.
17