Procedury testowania nanomateriałów
Materiały nanostrukturalne stały się nieodłącznym elementem nowych produktów i urządzeń w praktycznie każdej dziedzinie, od energii słonecznej po opto-elektronikę i czujniki medyczne. Ulepszanie i kontrolowanie właściwości tych materiałów ma kluczowe znaczenie przy tworzeniu produktów, produkcji i kontroli jakości, oraz wymaga stosowania odpowiednich ustandaryzowanych procedur testowych w skali nano. Naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt NANOINDENT ("Creating and disseminating novel nanomechanical characterisation techniques and standards"), aby koordynować ogólnoeuropejskie działania w tej dziedzinie. Celem prac była poprawa zdolności metrologii nanoindentacyjnej do badania zależności między strukturą a funkcją materiałów w skali nano oraz zdefiniowanie nowych standardów technologii pomiaru. Cienkie warstwy i powłoki nanostrukturalne można spotkać praktycznie na każdym kroku. Klasyczne (quasi-statyczne) testy nanoindentacyjne wykorzystujące metodę Olivera i Pharra (O&P), mimo że są najlepiej dopracowanymi protokołami, posiadają pewne ograniczenia, jeśli chodzi o zastosowanie do materiałów cienkowarstwowych i tworzyw sztucznych. Konsorcjum opracowało tę ważną metodę wraz z zaleceniami dotyczącymi standaryzacji formantów danych, kalibracji instrumentów i technik pomiarowych. Ustalono, że wyniki dynamicznych testów nanoindentacyjnych znacznie różnią się od siebie, co rodzi konieczność szeroko zakrojonej standaryzacji. Naukowcy zbadali także szereg innych zjawisk (np. nawarstwienie, zanikanie połysku i umocnienie) i przygotowali sugestie dotyczące metod związanych z udoskonaleniami i standaryzacją. Badanie zarysowań oraz tarcia i zużycia w skali nano to stosunkowo nowa dziedzina testów nanomechanicznych. W oparciu o szczegółowe doświadczenia przeprowadzone na różnych materiałach i w różnych warunkach, naukowcy przygotowali ważne zalecenia na temat standaryzacji aparatury i protokołów testowania. Konsorcjum przeprowadziło pierwsze w historii ilościowe badania twardości zarysowań stopionej krzemionki przy różnych obciążeniach. Projekt NANOINDENT wniósł istotny wkład w nowe propozycje weryfikacji norm ISO w zakresie testów indentacyjnych twardości materiałów. W jego ramach powstała także baza parametrów nanomechanicznych różnych materiałów, głównie pochodzących z opublikowanych w piśmiennictwie testów nanoindentacyjnych lub nanozarysowaniowych. Zamieszczono w niej także metody pomiarowe i dobre praktyki. Uczestnikom NANOINDENT udało się zrealizować pierwotny cel, jakim było opracowanie zalecenia dotyczących międzynarodowej standaryzacji testów nanomechanicznych, wraz z kalibracją instrumentów, protokołem doświadczalnym oraz gromadzeniem i interpretacją danych. Baza danych powinna być przydatnym narzędziem dla naukowców i inżynierów, wspierającym innowacyjność w dziedzinie nanomateriałów.