一、引言

随着新型材料（如石墨烯、纳米线、二维材料、生物材料）的快速发展，传统的宏观力学测试手段已无法满足对微观尺度下材料力学性能的准确评估。纳米力学测量技术应运而生，广泛应用于材料科学、生物医学、微电子制造等领域。

二、纳米力学测量的基本原理与分类

主要测量技术包括：

纳米压痕技术（Nanoindentation）：测量材料硬度、弹性模量；

原子力显微镜（AFM）力学测量：如力-位移曲线、粘附力、弹性模量映射；

微拉伸/压缩试验：在微尺度下测量材料的拉伸强度与塑性；

微纳压痕与划痕测试：评估薄膜与涂层的附着力与耐磨性；

分子动力学模拟辅助测量：提供理论支撑与预测。

三、核心技术与系统组成

1. 纳米压痕仪

具备高精度位移控制与力反馈系统，支持多种探针配置。

2. AFM力谱模块

通过探针与样品的相互作用力曲线，反演材料的局部力学特性。

3. 微纳加工与样品制备系统

包括聚焦离子束（FIB）、电子束光刻、微机械加工等。

四、典型应用场景

1. 二维材料的弹性模量测量

如石墨烯、MoS₂等材料的力学性能测试，支持其在柔性电子中的应用。

2. 生物细胞力学特性分析

用于癌症细胞、干细胞等的刚度测量，辅助疾病诊断与治疗研究。

3. 半导体器件封装材料测试

评估封装材料的热膨胀系数、粘附强度，提升芯片可靠性。

五、挑战与未来发展趋势

当前面临的问题包括：

探针磨损影响测量重复性；

复杂结构测量难度大；

测量结果受样品制备影响显著。

未来发展方向包括：

AI辅助测量数据建模与误差修正；

多模态融合测量平台建设（如AFM+拉曼+红外）；

便携式纳米力学测试设备开发；

标准化测试流程与国际互认体系建设；

结合原位显微技术实现动态测量。