附件C：譯文

跨尺度、跨學科壓痕技術(shù)的實驗與模擬研究進展

摘要
由于其實驗方法的相對簡單，壓痕實驗是一個非常靈活的力學性能測試方法。加上先進儀器的發(fā)展，易于實施已使壓痕實驗成為適用于許多不同的跨長度尺度（從納米到宏觀）和科學/工程學科系統(tǒng)的廣泛使用的研究工具。然而，針對不同材料系統(tǒng)的探索、以及發(fā)展壓痕技術(shù)成為超出實驗室研究的精確、定量方法的潛在應用，促使了大量對實驗結(jié)果進行強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)尺寸效應和納米壓痕實驗的原子模擬、原位透射電子顯微鏡觀測納米尺度的接觸、以及壓痕實驗的新興和顯著應用。本文中重復出現(xiàn)的一個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
一個世紀以來，壓痕技術(shù)被應用在廣泛的工程實踐中以探測材料的力學性能。得以廣泛使用的主要原因是其實驗的簡單易行;壓痕只需要極少的樣品制備和/或安裝，可以在一個樣本上重復多次實驗，并能通過選用合適的載荷和探頭形狀來探測材料的不同區(qū)域。此外，針形儀器的開發(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、生物實體和納米結(jié)構(gòu)。然而，探頭下的應變場十分復雜，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。對于較復雜的材料系統(tǒng)（如薄膜、小體積、多孔結(jié)構(gòu)、生物材料），壓痕反應與材料行為的具體方面聯(lián)系在一起，同時通曉壓痕力學和被探測物理系統(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。然而，在對比其他公認的力學試驗，如單軸壓緊，壓痕實驗的目的并不總是在其提取的“值”，或者更確切地說，不應該是。比如已經(jīng)有文獻指出，硬度和彈性模量的觀念，經(jīng)過提取壓痕，強烈地依賴尖端幾何，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)。又比如公認的在科學界有一部分是體現(xiàn)在當報告成果時越來越多地使用術(shù)語“壓痕?！保⒃诒容^壓痕提取性能時仔細研究在這些不同載荷下的條件。事實上，隨著越來越多的復合材料通過壓痕來探索，嚴謹科學的結(jié)論只能靠觀點來堅持。