Две научные группы из Франции предложили бесконтактную методику измерения жесткости или упругости поверхностей материалов.

Для функционирования метода по поверхности вещества пропускают небольшое количество жидкости. Таким образом, он является по-настоящему неинвазивным и неразрушающим. По мнению разработчиков,

их технология может быть использована для анализа свойств тонких пленок нанометрового масштаба или хрупких объектов, таких как пузырьки или живые клетки.

Самый простой способ измерения жесткости материала – контакт с более жестким материалом. Проблема этой методики заключается в том, что пробный более жесткий материал может уничтожить образец, особенно если он достаточно хрупкий (например, живые клетки). Таким образом,

для работы со многими материалами и объектами необходима была неразрушающая методика. Такую методику предложили две команды ученых из Laboratoire de Physique de la Matiиre Condensйe et des Nanostructures и Laboratoire de Physique des Solides (Франция).

Первоначально исследователи планировали разработать метод измерения жесткости и упругости поверхности, воздействуя на объект потоком воздуха и измеряя его деформацию. Но от этой идеи было решено отказаться, т.к. в ходе экспериментов оказалось, что

управление потоком воздуха может быть осложнено образованием вихрей. Благодаря этой «неудаче» у исследователей появилась идея использовать крошечные нанопотоки жидкости, которую гораздо легче контролировать, чем воздух.

Чтобы выполнить измерения, ученые создают очень слабый и тонкий поток жидкости между зондом и исследуемой поверхностью (в одном из тестовых экспериментов роль этой поверхности исполняла резиновая пластина, толщина которой не превышала нескольких сотен нанометров), которая расположена на поверхности стекла в смеси воды и глицерина.

Для подготовки потока используется методика, предложенная одним из участников эксперимента еще в 2000 году. В рамках этой методики роль зонда выполняет небольшая сфера из пирекса, которая крепится к стеклянному стержню. С помощью пьезокерамического подвеса стержень может вибрировать и позиционироваться с высокой точностью.

Благодаря ней, сфера из пирекса может позиционироваться в пространстве с точностью до 0,01 нм.

Когда сфера находится на расстоянии порядка 1 мкм от исследуемой поверхности, она направляет нанопоток жидкости на объект, что создает очень слабое давление на поверхность. Если материал является достаточно гибким, он деформируется под действием этого давления, и наоборот, жесткий материал не деформируется.

Любая деформация влияет на движение сферы, соответственно, параметры этого движения могут быть использованы для расчета эластичности пленки.

Также в рамках эксперимента ученые использовали свою установку для измерения жесткости поверхности множества пузырьков (объекта настолько хрупкого, что он может быть уничтожен при одном прикосновении). Исследователи рассчитывают использовать разработанный метод для измерения параметров и других веществ.

Подробные результаты работы вместе с детальным описанием предложенной методики опубликованы в журнале Physical Review Letters.