Отделение физико-механических исследований

www.nanoscan.info

Заведующий отделением - к.ф.-м.н. Усеинов А.С.

Основные направления работы отдела

• Разработка и развитие новых подходов к измерению физико-механических свойств материалов на наномасштабах. Создание оригинальных измерительных методик и приборов.
• Развитие метрологической базы для обеспечения единства измерений физико-механических величин на разных масштабных уровнях.
• Создание метрологических комплексов и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений при аттестации состава, структуры и свойств конструкционных и функциональных наноматериалов, механических и трибологических свойств наноматериалов и продукции наноиндустрии.
• Комплексные исследования физико-механических свойств различных типов материалов, включая новые сверхтвердые материалы, конструкционные наноматериалы, тонкие пленки и покрытия, алмазы и алмазные порошки.

Применяемые методики

Сканирующая зондовая микроскопия:
- Рельеф, шероховатость
- Карта механических неоднородностей
- Профилометрия

Индентирование/царапание:
- Микротвердость
- Нанотвердость
- Модуль упругости (Юнга)
- Степень упругого восстановления
- Адгезия
- Карта твердости
- Жесткость микроконструкций
- Механическая нанолитография
- Трещиностойкость, прочность, адгезия и толщина тонких пленок.

Исследование рельефа поверхностей с высоким пространственным разрешением методами оптической и сканирующей зондовой микроскопии.

Картографирование модуля упругости, локальной проводимости и электрического импеданса с нанометровым разрешением.

Изучение физико-механических свойств объемных образцов материалов, включая: измерение плотности, микротвердости и трещиностойкости.

Металлографические исследования.

Исследование физико-механических свойств порошков сверхтвердых материалов, включая такие характеристики как зерновой состав и морфология, показатели статической и динамической прочности, абразивная способность, термостойкость, магнитные свойства.

Подготовка поверхности образцов в широком диапазоне значений твердости (0,5-50 ГПа) для металлографических исследований

Оборудование для механических испытаний

1. Cканирующий нанотвердомер Nanoscan 3D

В отделе разрабатываются и изготавливаются сканирующие нанотвердомеры серии «НаноСкан», сочетающие возможности классических наноинденторов и сканирующих зондовых микроскопов, имеющие ряд дополнительных уникальных возможностей.

2. Зондовая Нанолаборатория ИНТЕГРА

3. Оптический микроскоп DuraScan

Методики измерений Nanoscan

• Получение изображения рельефа поверхности путем растрового сканирования с шагом 1,5 нм в поле сканирования до 100 мкм.

• Картографирование модуля упругости с нанометровым разрешением.

Высокочистый поликристаллический Nb (99.99 %). Рельеф поверхности.

Карта модуля упругости.

• Измерение модуля упругости методами наноиндентирования и силовой спектроскопии (по зависимости частоты колебаний зондового датчика от глубины внедрения индентора). Диапазон измеряемых значений модуля упругости от 1 до 1000 ГПа.

• Измерение твердости методами микроиндентирования, наноиндентирования и склерометрии с последующим сканированием поверхности в области индентирования. Диапазон измеряемых значений твердости от 0,1 до 80 ГПа.

• Построение карт локальной проводимости и электрического импеданса. Этот режим применяется для комплексных исследований материалов для микро- и наноэлектроники, а также многослойных наноструктур.

Пленочная структура золота на кремниевой подложке. Рельеф поверхности.

Карта локальной проводимости.

• Измерение твердости, модуля упругости, трещиностойкости, прочности, адгезии и толщины тонких пленок.

Отличительной особенностью данного прибора является использование специальных зондов с наконечниками из синтетических алмазов (сверхчистых и легированных) производства ФГБНУ ТИСНУМ.

Все оригинальные технические решения, применяемые в «НаноСкан», защищены патентами Российской Федерации.

Приборы серии «НаноСкан» используются в ведущих научно-исследовательских организациях России, таких как ИМЕТ им. Байкова, МГТУ им. Баумана, ВНИИМС, МИФИ, МИСиС, ЦНИИ КМ «Прометей», а также за рубежом (США, Германия, Беларусь, Тайвань).

Публикации сотрудников отдела

Статьи в журналах

Комплексное исследование физико-механических и трибологических свойств сверхтонких гальванических покрытий
А.С. Усеинов, К.С. Кравчук, А.А. Русаков. Мир гальваники № 3/2011

Preparation and microstructure, elasticity and hardness investigation of al-alloy/nanodiamond composite
Prokhorov V., Kulibaba V., Korobov A., Stavrev S., Kolev S. MTM № 11/2011

Об унификации определения твёрдости и возможности перехода при её измерении к размерным величинам
К.В. Гоголинский, В.Н. Решетов, А.С. Усеинов. Измерительная техника № 7/2011

Измерение износостойкости сверхтонких наносруктурированных покрытий
А.С. Усеинов, К. Кравчук, Н. Львова. Наноиндустрия № 4/2011

Измерения твёрдости в субмикро- и нанометровом диапазонах линейных размеров
К.В. Гоголинский, В.Н. Решетов, А.С. Усеинов. Мир измерений № 8/2010

Измерение механических свойств методом царапания
А.С. Усеинов, С.С. Усеинов. Наноиндустрия № 6/2010

Механические свойства сверхтонких углеродных алмазоподобных покрытий
К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов. Наноиндустрия № 5/2010

Измерение механических свойств материалов с нанометровым пространственным разрешением
С.С. Усеинов, В.В. Соловьев, К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов, Н.А. Львова. Наноиндустрия № 2/2010

Mutual consistency of hardness testing at micro- and nanometer scales.
Useinov A., Gogolinskiy K., Reshetov V., International Journal of Materials Research – vol. 2009, No. 7 – 2009 – p.968

Особенности применения метода наноиндентирования для измерения твердости на наномасштабе.
Усеинов С.С., Соловьев В.В., Львова Н.А., Гоголинский К.В., Усеинов А.С., Кулибаба В.Ф., Петржик М.И. Нанотехника, №1 2008.

Микроконтроллерная система управления сканирующим зондовым микроскопом “НаноСкан”.
Круглов Е.В. Нанотехника, №1 2008.

Исследование и модифицирование полупроводниковых структур алмазными токопроводящими зондами.
Сошников А.И. Нанотехника, №1 2008.

Investigation of Specificity of Mechanical Properties of Hard Materials on Nanoscale with Use of SPM- Nanohardness Tester. N.A. Lvova, V.D. Blank, K.V. Gogolinskiy, V.F. Kulibaba. Journal of Physics: Conference Series 61 (2007) 724–729

Применение сканирующих зондовых микроскопов и нанотвердомеров для изучения механических свойств твердых материалов на наноуровне (обобщающая статья). К.В.Гоголинский, Н.А.Львова, А.С.Усеинов. “Заводская лаборатория. Диагностика материалов” №6. 2007 г. Том 73. стр.28 – 36
Определение трещиностойкости хрупких сверхтвердых материалов на наноуровне. А.И. Сошников, Н.А. Львова, К.В.Гоголинский, В.Ф. Кулибаба. Нанотехника, 2006, №1, с.64-67.

Influence of substrate materials on the properties of CdTe thin films grown by hot-wall epitaxy. Ye. Bilevych, A. Soshnikov, L. Darchuk, M. Apatskaya, Z. Tsybrii, M. Vuychik, A. Boka, F. Sizov, O. Boelling, B. Sulkio-Cleff. Journal of Crystal Growth 275 (2005)

Измерение модуля Юнга сверхтвердых материалов с помощью сканирующего зондового микроскопа “НаноСкан”. А.С.Усеинов. Приборы и техника эксперимента, 2003, №6, с.1-5.

Elastic Properties of Dense Nanotube Layers. S. Grudzinskaya, Z. Ya. Kosakovskaya, V. N. Reshetov, A. A. Chaban. Acoustical Physics, Vol. 47, No. 5, 2001, pp. 548-551.

Mechanical properties of different types of diamonds. V.Blank, M.Popov, G. Pivovarov, N.Lvova, S.Terentev. Diamond and Related Materials 8 (1999), pp. 1531-1535.

Hard diamond-like layers produced during DIII-D tokamak operations. V. Denisov, L. Kuzik, N.Lvova et al. Physics Letters A 239 (1998), pp.328-331.

Ultrahard and superhard phases of fullerite C₆₀: Comparison with diamond on hardness and wear. V.Blank, M.Popov, G.Pivovarov, N.Lvova, K.Gogolinsky, V.Reshetov. Diamond and Related Materials 7 (2-5) (1998), pp. 427-431.

Применение сканирующих зондовых микроскопов для анализа с субмикронны и нанометровым разрешением структуры и распределения механических свойств материалов (обзор). Гоголинский К.В., Решетов В.Н. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 1998, № 6, Т.64, с.30-43.

Nano-sclerometry measurements of superhard materials and diamond hardness using scanning force microscope with the ultrahard fullerite C₆₀ tip. V.Blank, M.Popov, N.Lvova, K.Gogolinsky, V.Reshetov. J. Mater. Res., 12 (1997), 3109.

Материалы конференций

In situ evaluation of pile-ups height during scratch hardness test.
A. Useinov.
Nanomechanical testing in materials research and development. Canary Islands, Spain, 2011

Характеризация биологических объектов с использованием сканирующей зондовой микроскопии и наноиндентирования.
К.С. Кравчук, Ю.Н. Науменко, С.С. Усеинов, А.С. Усеинов.
2-я международная школа “Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Безопасность и наномедицина”, Москва, 2011

Instrumented indentation testing with a series of pyramid indenter geometries.
A. Useinov.
International Indentation workshop 4. Seoul, Korea, 2011

Методы и средства исследования механических и электрических свойств субмикронных и нанометровых пленок и покрытий.
К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов, К.С. Кравчук.
10-я Международная конференция “Пленки и покрытия”-2011. Санкт-Петербург, 2011

Методические и метрологические аспекты измерения твердости материалов на нанометровом масштабе.
С.С. Усеинов, К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов.
4-я школа “Метрология и стандартизация в нанотехнологиях в наноиндустрии. Функциональные наноматериалы”. Новосибирск, 2011

Методы измерения механических свойств материалов с нанометровым разрешением и их метрологическое обеспечение.
С.С. Усеинов, В.В. Соловьев, К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов, Н.А. Львова.
Труды научной сессии НИЯУ МИФИ -2010.

Измерение механических свойств сверхтвердых алмазоподобных углеродных покрытий.
К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов, В.Н. Решетов.
“Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология”. Владимир, 2010 г.

Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования.
А.Н. Кириченко, В.Н. Денисов, В.Д. Бланк, Б.Н. Маврин, Е.А. Виноградов, К.В. Гоголинский, А.С. Усеинов.
“Наноструктурные материалы -2010″. Киев, 2010 г.

Measurement of Young’s modulus and electrical conductivity of materials during surface scanning.
Reshetov V., Useinov A., Gogolinsky K., Useinov S., Ganziy D.
Nanomeasure, 2010 г.

Mechanical testing techniques: from micro- to nanometer scales as investigated with scanning nano-hardness tester “NanoScan-3D”.
Useinov A., Gogolinsky K., Useinov S., Reshetov V., Soloviev V.
European conference on nano-destructive testing, 2010 г.

Characterization of TiAIN coatings.
Denisov V., Mavrin V., Blank V., Vinogradov E., Kirichenko A., Polyakov S., Gogolinsky K., Useinov A.
European conference on nano films, 2010 г.

Новый подход к изучению упруго-пластической деформации материалов методом склерометрии (царапания) на микро и наномасштабе.
С.С. Усеинов, А.С. Усеинов, А.С. Сошников, К.В. Гоголинский.
VI Всероссийская конференция “Механика микронеоднородных материалов и разрушение”. Екатеринбург, 2010 г.

Об унификации определения твердости и возможности перехода при ее измерениях от шкал порядка к шкале отношений.
А.С. Усеинов , К.В. Гоголинский.
Второй международный симпозиум “Механометрика – 2010″

Measurement of young’s modulus and electrical conductivity of materials during surface scanning.
V.N. Reshetov, D. Ganzy, K.V. Gogolinsky, A.S. Useinov.
Nano Measure Scientific Symposium – 2010

Characterization of diamond-like carbon (DLC) films.
V.N. Denisov, B.N. Marvin, V.D. Blank, E.A. Vinogradov, A.N. Kirichenko, K.V. Gogolinsky, A.S. Useinov.
European conference on nano films – 2010

Обеспечение единства измерений геометрических и механических свойств материалов в нанометровом диапазоне с помощью сканирующего зондового микроскопа “НаноСкан-3D”.
В.В. Соловьев, Н.А. Львова, К.В. Гоголинский. 
Научная сессия НИЯУ МИФИ – 2010 г. Аннотации докладов. В 3 томах. Т.2. Нанофизика и нанотехнологии.

The experimental study of the perimeter plastic deformation during scratch hardness test.
Useinov A., Gogolinsky K., Reshetov V., Nanomechanical testing in materials research and development – Barga, Italy – 2009 Proceedings

Измерение твердости с нанометровым пространственным разрешением.
Материалы научно-технического семинара “Актуальные направления развития измерений твердости”.ГНЦ РФ “Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений”, Менделеево-2009 г.

Особенности применения различных методик измерения твердости на наномасштабе.
Усеинов А.С., Гоголинский К.В., Усеинов С.С. Тезисы IV Российской научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2009 г.

Измерение твердости гетерогенных материалов с нанометровым пространственным разрешением.
Гоголинский К.В., Решетов В.Н., Усеинов А.С. Научная сессия МИФИ – 2009

Mutual consistency of mechanical testing at micro- and nanoscale. A. Useinov, K. Gogolinskiy, V. Reshetov. 9^th European Symposium on nano-mechanical Testing, 2008

Особенности измерения механических свойств сверхтвердых материалов на наномасштабе.
С.С. Усеинов, Соловьев В.В., Львова Н.А., Гоголинский К.В., Усеинов А.С. Материалы Международной научной конференции “Наноструктурные материалы – 2008: Беларусь-Россия-Украина”.

Методы выявления и изучения свойств микроразмерных областей неоднородности в кристаллах на примере полосчатой структуры лангаситов.
Колдаева М.В., Усеинов А.С., Григорьева М.С., Виноградов А.В., Просеков П.А., Писаревский Ю.В. Материалы XIII Национальной конференции по росту кристаллов, 2008.

Применение сканирующего нанотвердомера “НаноСкан” для исследования механических свойств на наномасштабах.
Усеинов А.С. Материалы конференции 1-ая Школа “Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии. Наноматериалы”, 2008.

Измерительная система “НаноСкан”: от микротвердости к нанотвердости.
Гоголинский К.В., Решетов В.Н.. Усеинов А.С. Материалы Всероссийской научно-технической конференции “Механометрика”, г. Суздаль, 2008.

Вольт-амперная и вольт-фарадная спектроскопия полупроводниковых структур токопроводящими алмазными зондами СЗМ. А.И. Сошников, К.В. Гоголинский, В.Н. Решетов. Материалы XV Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, 2007 г.

Применение сканирующих зондовых микроскопов для измерения механических свойств твердых и сверхтвердых материалов на наноуровне. В.Д. Бланк, К.В. Гоголинский, М.И. Петржик, А.С. Усеинов. Материалы XIV Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, 2005 г.

Современные методы оценки механических и трибологических свойств функциональных поверхностей. М.И. Петржик, Д.В. Штанский, Е.А. Левашов. Материалы Х Международной научно-технической конференции “Высокие технологии в промышленности России”, 2004.

Публицистика

Орбитали зондовой микроскопии.

“Вокруг света”, №6 (2777) | Июнь 2005, рубрика «Ярмарка идей»

Нанотехнологии, или Атомы вместо гвоздей.

“Вокруг света”, №4 (2799) | Апрель 2007, рубрика «Ярмарка идей»

Имитация кимберлита.

“Вокруг света”,№2 (2785) | Февраль 2006, рубрика «Ярмарка идей»

Бриллиантовая точность нанотехнологий.
“Наноиндустрия” №4(61) – 2009 – с.46

Нам нано очень надо!
“Аргументы и факты” №22, 2009 г.

Алмазы для украшений и измерений.
“Наука и жизнь” №2, 2009 г.