中科院力學(xué)所非線性力學(xué)國家重點實驗室與北京航空航天大學(xué)、美國通用汽車公司合作開展研究，通過對納米壓痕硬度讀數(shù)的影響因素作用機理進行定性和定量分析，給出壓痕硬度“尺度效應(yīng)”的理論解釋。該研究對于經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用范圍以及納米壓痕實驗標(biāo)準(zhǔn)的確定有一定意義。 壓痕硬度的影響因素包括材料表面吸附、壓頭尖端半徑、試件表面粗糙度、材料粘彈性特性、壓痕硬度實驗方法等。課題組對材料粘彈性特性的影響進行研究，為今后根據(jù)壓痕實驗的“載荷-位移曲線”來確定粘彈性材料的力學(xué)特性奠定了基礎(chǔ)。壓頭尖端半徑效應(yīng)的研究表明，壓頭尖端半徑的存在使得壓痕硬度呈現(xiàn)出“尺度效應(yīng)”，從而以一個新的角度解釋了壓痕硬度的“尺度效應(yīng)”。此外，他們還對壓痕硬度實驗方法本身進行了研究，分析了目前通用的O&P方法并進行了多種種材料的納米壓痕實驗，針對該方法在接觸深度確定、不同深度范圍下方法的適用性進行了說明，并發(fā)現(xiàn)由于該方法本身和面積標(biāo)定存在的問題，會引起壓痕硬度在一些深度范圍內(nèi)尤其是在小壓痕深度范圍內(nèi)出現(xiàn)奇異性。 隨著材料與器件的小型化與微型化以及薄膜、涂層等先進材料的推廣，材料力學(xué)性能的測量越來越多地采用納米壓痕技術(shù)。在目前的研究與實驗測量工作中，Oliver & Pharr的方法(簡稱O&P方法)占據(jù)著主導(dǎo)地位。但是近年來，使用O&P方法進行納米壓痕實驗也遇到一些問題，特別是小壓痕下硬度值的奇異引發(fā)了很多爭論。