不用硬碰硬，也能隔空測硬度
- 上線日期：2012/8/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
法國科學家研發出一種毋需接觸材料就能測量其硬度的新技術。此新穎方法是利用微量流體流經材料表面，所以不具侵入性，亦不會對材料造成破壞，因此可望用來以奈米級的精確度分析薄膜或脆弱物體(如氣泡與生物細胞)的彈性。
測量硬度最簡單的方法就是利用各種不同硬度的物體去觸碰待測物。問題在於，較硬的探測物體可能會在測量時傷及待測物，尤其對於嬌弱的待測物如生物細胞等。因此，科學家們亟欲發展一套較不具破壞性的測量方法。
上述新測量技術是由里昂的凝態物理與奈米結構實驗室(Laboratoire de Physique de la Matiere Condensee et des Nanostructures)的Samuel Leroy團隊以及巴黎固態物理實驗室(Laboratoire de Physique des Solides) 的Frederic Restagno等人所共同研發。他們最初計畫對物體噴發氣流並測量造成的形變來計算物體的硬度，然而因氣流會形成難以控制的渦流，不得不放棄。
後來，他們想到可以利用比氣流容易控制的液體奈流(nanoflow of fluid)。為了進行測量，研究人員須在待測物與探針之間製造非常微弱且極為稀薄的液流。其中一個實驗是以厚僅數百奈米的橡膠薄膜作為待測物體，薄膜被置於一堅硬玻璃支撐物上，並沉浸於甘油水溶液中。微液流技術是由Leroy團隊在2000年所發明。探針裝置則由毫米級的派熱克斯(Pyrex)玻璃球連結至一橫桿所構成，能以高精準度振動。此細微移動是由一壓電陶瓷系統所產生，玻璃球的位移可控制至0.01 nm。研究人員表示，這些液體奈流便是由此微小玻璃珠所產生。
當玻璃球非常靠近待測材料時(約距1 μm)，它會將液體推向物體，因此在材料表面上產生非常微弱的壓力。如果材料具有彈性，壓力會造成形變；如果材料屬完全剛體，則不會有形變產生。任何形變的發生都會影響玻璃球的運動並改變其振動方式，而此變化則可進一步用來計算待測薄膜的彈性。
研究人員希望可以將此新方法與一些已建立的技術結合，如膠體探針原子力顯微鏡(colloidal-probe atomic force microscopy)，以期能測量更多其他材料的硬度。詳見Phys. Rev. Lett. Vol.108 264501。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/jul/06/no-touch-technique-to-measure-softness
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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