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과학

나노 압입

나노 압입과학
영문명
Nanoindentation
주요 기록
하중-변위 곡선
대표 평가량
압입 경도와 탄성률
적용 예
박막의 기계적 특성
나노 압입은 작은 압입자를 시료에 누르면서 하중과 변위를 연속적으로 기록해 국소적인 기계적 성질을 조사하는 방법이다. 하중-변위 곡선과 접촉 면적에 대한 분석으로 경도와 탄성률 등을 평가한다.

자국의 크기만 재는 것은 아니다

압입하는 동안 하중이 어떻게 증가하고 압입자가 얼마나 이동했는지를 함께 기록한다. 하중을 줄이는 과정도 곡선에 포함한다. 따라서 시험 뒤 남은 자국만 관찰하는 것보다 변형 과정에 관한 정보를 얻을 수 있다.

접촉 면적이 필요하다

압입 경도 계산에서는 하중과 압입자의 투영 접촉 면적을 이용한다. 면적을 정하려면 압입자 형상과 보정 정보가 필요하다. 변위 숫자 하나만으로 어떤 압입자에서도 같은 접촉 면적을 얻는 것은 아니다.

경도 계산의 예

가상의 시험에서 최대 하중이 2 mN이고 해당 접촉 면적이 1 μm²라면 하중을 면적으로 나눈 값은 2 GPa다. mN은 10⁻³ N이고 μm²는 10⁻¹² m²이므로 단위 환산을 함께 해야 한다. 면적을 잘못 추정하면 하중 측정이 정확해도 경도 결과가 달라진다.

탄성률과 구별한다

하중을 줄일 때의 곡선 기울기는 접촉 강성과 연결되며 탄성률 분석에 이용된다. 경도와 탄성률은 같은 물리량이 아니므로 한 값을 다른 값으로 그대로 대신하지 않는다. 분석에서는 압입자의 탄성 변형까지 포함한 환산 탄성률과 시료 자체의 탄성률도 구별해야 한다.

관련 문서

비커스 경도 / 경도 / 다이아몬드 / 탄성 / 압력 / 힘 / 박막