附件C：譯文

跨尺度、跨學(xué)科壓痕技術(shù)的實(shí)驗(yàn)與模擬研究進(jìn)展

摘要
由于其實(shí)驗(yàn)方法的相對(duì)簡(jiǎn)單，壓痕實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常靈活的力學(xué)性能測(cè)試方法。加上先進(jìn)儀器的發(fā)展，易于實(shí)施已使壓痕實(shí)驗(yàn)成為適用于許多不同的跨長(zhǎng)度尺度（從納米到宏觀）和科學(xué)/工程學(xué)科系統(tǒng)的廣泛使用的研究工具。然而，針對(duì)不同材料系統(tǒng)的探索、以及發(fā)展壓痕技術(shù)成為超出實(shí)驗(yàn)室研究的精確、定量方法的潛在應(yīng)用，促使了大量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)有力分析的建模和解釋工作。在這次綜述中，我們將介紹這種方法在許多不同方面的進(jìn)展，包括基于連續(xù)體的均相和非均相系統(tǒng)的建模、微觀結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)和納米壓痕實(shí)驗(yàn)的原子模擬、原位透射電子顯微鏡觀測(cè)納米尺度的接觸、以及壓痕實(shí)驗(yàn)的新興和顯著應(yīng)用。本文中重復(fù)出現(xiàn)的一個(gè)主題是在不同物理情景下的 “硬度”的含義。

關(guān)鍵詞：微米壓痕，納米壓痕，透射電子顯微鏡，有限元分析，仿真

1 引言
一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，壓痕技術(shù)被應(yīng)用在廣泛的工程實(shí)踐中以探測(cè)材料的力學(xué)性能。得以廣泛使用的主要原因是其實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單易行;壓痕只需要極少的樣品制備和/或安裝，可以在一個(gè)樣本上重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，并能通過(guò)選用合適的載荷和探頭形狀來(lái)探測(cè)材料的不同區(qū)域。此外，針形儀器的開(kāi)發(fā)使我們有可能將施加壓力從千牛頓下降至微牛頓，以及局部位移下降至納米;幾乎任何固體可以變形，包括體相材料、生物實(shí)體和納米結(jié)構(gòu)。然而，探頭下的應(yīng)變場(chǎng)十分復(fù)雜，即使是各向同性的體相材料，分析數(shù)據(jù)也并不是那么容易。對(duì)于較復(fù)雜的材料系統(tǒng)（如薄膜、小體積、多孔結(jié)構(gòu)、生物材料），壓痕反應(yīng)與材料行為的具體方面聯(lián)系在一起，同時(shí)通曉壓痕力學(xué)和被探測(cè)物理系統(tǒng)的專家才能做出有效的解釋。
隨著商用壓痕系統(tǒng)的日益推廣使用，這種挑戰(zhàn)主要被壓痕作為研究工具而帶動(dòng)。然而，在對(duì)比其他公認(rèn)的力學(xué)試驗(yàn)，如單軸壓緊，壓痕實(shí)驗(yàn)的目的并不總是在其提取的“值”，或者更確切地說(shuō)，不應(yīng)該是。比如已經(jīng)有文獻(xiàn)指出，硬度和彈性模量的觀念，經(jīng)過(guò)提取壓痕，強(qiáng)烈地依賴尖端幾何，彈性和非彈性物質(zhì)的行為，和試樣邊界條件而作為參數(shù)。又比如公認(rèn)的在科學(xué)界有一部分是體現(xiàn)在當(dāng)報(bào)告成果時(shí)越來(lái)越多地使用術(shù)語(yǔ)“壓痕?！?，并在比較壓痕提取性能時(shí)仔細(xì)研究在這些不同載荷下的條件。事實(shí)上，隨著越來(lái)越多的復(fù)合材料通過(guò)壓痕來(lái)探索，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的結(jié)論只能靠觀點(diǎn)來(lái)堅(jiān)持。