پژوهشگران موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) موفق به ساخت ابزاری دقیق برای شناسایی سختی سطح شدند. خطای تغییر شکل زیرلایه، که در AFMهای رایج مشاهده می‌شود در این ابزار جدید وجود ندارد.
ساخت ابزاری دقیق برای بررسی سختی نانومقیاس سطح
امروزه بیشتر تولیدکنندگان، از سازندگان تراشه گرفته تا حسگرسازان و تولیدکنندگان رنگ، مایل هستند تا خواص مکانیکی محصول خود را در مقیاس نانومتری بدانند. بنابراین تقاضا برای بررسی خواص مکانیکی سطوح در ابعاد نانو رو به افزایش است. در این راستا دانشمندان موفق به ساخت ابزاری شدند که می‌تواند سختی نمونه‌ها را اندازه‌گیری کند. سختی فاکتوری است که با استفاده از آن میتوان مقاومت سطح را در برابر خراشیده شدن نشان داد.
این دستگاه توسط محققان موسسه ملی فناوری و استاندارد آمریکا ساخته شده است. دوگلاس اسمیت از محققان این پروژه می‌گوید این ابزار جدید Precision Nanoindentation Platform یا PNP نام دارد. این ابزار برای استفاده در صنعت ساخته شده است که با استفاده از آن میتوان قطعات صنعتی در ابعاد مختلف را مورد آزمایش قرار داد.
این گروه با استفاده از این دستگاه جدید خواص پلی متیل متاکریلات را مورد بررسی قرار دادند. این پلیمر یک پلاستیک سبک بوده که در صنعت نیمه‌هادی به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج این بررسی در قالب مقاله‌ای در نشریه Review of Scientific Instruments به چاپ رسیده است.
نحوه عملکرد این دستگاه به این شکل است که یک جسم نوک تیز روی تیرکی قرار گرفته و این دیرک در فاصله نزدیک نمونه قرار می‌گیرد. با حرکت دیرک، نوک با سطح برخورد می‌کند. میزان عکس‌العمل نوک در برابر نمونه توسط دستگاه رصد می‌شود. پیش از این دستگاهی مشابه ساخته شده بود که در آن تغییر مکان نوک به عنوان سیگنال ذخیره می‌شد. این روش دارای اشکال بوده و آن اشکال این است که به دلیل گرادیان گرمایی، سطح می‌تواند تغییر شکل دهد بنابراین این تغییر به عنوان سیگنال شناخته می‌شود.
برای حل این مشکل، محققان نفوذ واقعی نوک را به نمونه اندازه می‌گیرند. در این ابزار دو نوک به صورت موازی وجود دارد که با فرکانس ۳۲ کیلوهرتز نوسان می‌کند. زمانی که نوک‌ها به سطح نزدیک می شوند، جاذبه اندکی بوجود می‌آیند که موجب تغییر فرکانس نوسان می‌شود بدون این که تغییر شکلی در سطح نمونه ایجاد کند. با اندازه‌گیری تغییر فرکانس میتوان محل دقیق نوک را رصد کرد. با این ابزار جدید میتوان با دقت بسیار بالا خواص مکانیکی سطح را اندازه‌گیری کرد.
