經過三十年的發展，目前科學家在AFM 基礎上實現了多種測量和表征材料不同性能的應用模式。利用原子力顯微鏡，人們實現了對化學反應前后化學鍵變化的成像，研究了化學鍵的角對稱性質以及分子的側向剛度。Ternes 等測量了在材料表面移動單個原子所需要施加的作用力。各種不同的應用模式可以獲得被測樣品表面納米尺度力、熱、聲、電、磁等各個方面的性能?；贏FM 的定量化納米力學測試方法主要有力—距離曲線測試、掃描探針聲學顯微術和基于輕敲模式的動態多頻技術。納米力學測試在生物醫學領域的應用，有助于揭示生物分子和細胞結構的力學特性。湖南汽車納米力學測試設備

Berkovich壓頭是納米壓痕硬度計中較常用的。它可以加工得很尖，而且幾何形狀在很小尺度內保持自相似，適合于小尺度的壓痕實驗。目前，該類壓頭的加工水平：端部半徑50nm，典型值約40nm，中心線和面的夾角精度為J=0.025°。在納米壓痕硬度測量中，Berkovich壓頭是一種理想的壓頭。優點包括：易獲得好的加工質量，很小載荷就能產生塑性，能減小摩擦的影響。Cube-corner壓頭因其三個面相互垂直，像立方體的一個角，故取此名稱。壓頭越尖，就會在接觸區內產生理想的應力和應變。目前，該種壓頭主要用于斷裂韌性(fracture toughness)的研究。它能在脆性材料的壓痕周圍產生很小的規則裂紋，這樣的裂紋能在相當小的范圍內用來估計斷裂韌性。錐形壓頭圓錐具有尖的自相似幾何形狀，從模型角度常利用它的軸對稱特性，納米壓痕硬度的許多模型均基于圓錐壓痕。由于難以加工出尖的圓錐金剛石壓頭，它在小尺度實驗中很少使用。湖南汽車納米力學測試設備納米力學測試通常在真空或者液體環境下進行，以保證測試的準確性。

納米力學從研究的手段上可分為納觀計算力學和納米實驗力學。納米計算力學包括量子力學計算方法、分子動力學計算和跨層次計算等不同類型的數值模擬方法。納米實驗力學則有兩層含義:一是以納米層次的分辨率來測量力學場，即所謂的材料納觀實驗力學;二是對特征尺度為1-100nm之間的微細結構進行的實驗力學研究，即所謂的納米材料實驗力學。納米實驗力學研究有兩種途徑:一是對常規的硬度測試技術、云紋法等宏觀力學測試技術進行改造，使它們能適應納米力學測量的需要;另一類是創造如原子力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等新的納米力學測量技術建立新原理、新方法。

AFAM 的基本原理是利用探針與樣品的接觸振動來對材料納米尺度的彈性性能進行成像或測量。AFAM 于20 世紀90 年代中期由德國薩爾布呂肯無損檢測研究所的Rabe 博士(女) 首先提出，較初為單點測量模式。2000 年前后，她們采用逐點掃頻的方式實現了模量成像功能，但是成像的速度很慢，一幅128×128 像素的圖像需要大約30min，導致圖像的熱漂移比較嚴重。2005 年，美國國家標準局的Hurley 博士(女) 采用DSP 電路控制掃頻和探針的移動，將成像速度提高了4~5倍(一幅256×256 像素的圖像需要大約25min)。納米力學測試應用于半導體、生物醫學、能源等多個領域，具有普遍前景。

原位納米力學測試系統(nanoindentation，instrumented-indentation testing，depth-sensing indentation，continuous-recording indentation，ultra low load indentation)是一類先進的材料表面力學性能測試儀器。該類儀器裝有高分辨率的致動器和傳感器，可以控制和監測壓頭在材料中的壓入和退出，能提供高分辨率連續載荷和位移的測量。包括壓痕硬度和劃痕硬度兩種工作模式，主要應用于測試各種薄膜（包括厚度小于100納米的超薄膜、多層復合膜、抗磨損膜、潤滑膜、高分子聚合物膜、生物膜等）、多相復合材料的基體本構和界面、金屬陣列復合材料、類金剛石碳涂層（DLC）、半導體材料、MEMS、生物醫學樣品（包括骨、牙齒、血管等）和生物材料、等在nano水平上的力學特性，還可以進行納米機械加工。通過探針壓痕或劃痕來獲得材料微區的硬度、彈性模量、摩擦系數、磨損率、斷裂剛度、失效、蠕變、應力釋放、分層、粘附力（結合力）、存儲模量、損失模量等力學數據。面向未來，納米力學測試將繼續拓展人類對微觀世界的認知邊界。湖南汽車納米力學測試設備

納米力學測試還可以揭示納米材料的表面特性和表面反應動力學。湖南汽車納米力學測試設備

即使源電阻大幅降低至1MW，對一個1mV的信號的測量也接近了理論極限，因此要使用一個普通的數字多用表（DMM）進行測量將變得十分困難。除了電壓或電流靈敏度不夠高之外，許多DMM在測量電壓時的輸入偏移電流很高，而相對于那些納米技術[3]常常需要的、靈敏度更高的低電平DC測量儀器而言，DMM的輸入電阻又過低。這些特點增加了測量的噪聲，給電路帶來不必要的干擾，從而造成測量的誤差。系統搭建完畢后，必須對其性能進行校驗，而且消除潛在的誤差源。誤差的來源可以包括電纜、連接線、探針[5]、沾污和熱量。下面的章節中將對降低這些誤差的一些途徑進行探討。湖南汽車納米力學測試設備