Đối với vật liệu cấu trúc nano do tỉ lệ lớn của nguyên tử bề mặt so với vật liệu khối nên các tính chất cơ học của chúng cũng sẽ khác biệt. Những năm gần đây, với sự phát triển của các kính hiển vi đầu dò quét (SPM) phân giải cao đã đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và mô tả tính chất đặc trưng của cấu trúc những dây nano bạc. Ví dụ, kính hiển vi lực nguyên tử tiếp xúc (C – AFM) được sử dụng để nghiên cứu những tính chất cơ của vật liệu nano một chiều. Độ bền và độ cứng của những dây nano SiO2, nano ống ZnO, vật liệu polime, nanotube MoS2 … đã được nghiên cứu cẩn thận và đo lường trong thực nghiệm. Những thực nghiệm chỉ ra rằng, tính đàn hồi của những cấu trúc này khác nhau với đường kính những dây nano và độ dày của vật liệu nano 2D [9].
Trạng thái cơ của vật liệu tại thang nano thì khác với trạng thái cơ ở thang micro vì sự gia tăng tỉ lệ bề mặt đối với thể tích. Đối với cấu trúc nano với tỉ lệ lớn của diện tích bề mặt so với khối thì hiệu ứng bề mặt trở nên đáng kể. Trên một phương diện nào đó, sức căng bề mặt bên ngoài sẽ bao gồm hai thành phần: một là sức căng bề mặt, hai là sức căng giả bề mặt được cảm ứng bởi sức cản và sự xuất hiện biến dạng đàn hồi tại bề mặt do bên trong cấu trúc vật liệu tạo ra.
Khi chiều dài của dây nano được đo ở thang vi mô thì vai trò của sức căng bề mặt trở nên quan trọng. Sức căng bề mặt tạo ra một ứng suất bề mặt, và ứng suất bề mặt và suất đàn hồi của dây nano bạc được xác định bằng việc sử dụng máy AFM – kính hiển vi lực nguyên tử thông qua việc đo lường lực áp vào điểm giữa của dây nano, độ lệch của chùm dây nano và độ cứng của những dây nano.
Để thuận tiện trong quá trình tính toán suất đàn hồi của dây nano bằng kính hiển vi lực nguyên tử AFM, người ta đã xây dựng một cấu trúc đo đạt như minh họa trên hình ảnh kính hiển vi điện tử quét bao gồm các lỗ tròn trên đế silicon và dây nano cần đo đạt được vắt ngang qua lỗ như minh họa trên hình 1.4. Sau đó đế được đặt vào buồng đo của hệ thống AFM trong chân không dưới áp suất 4.10-7 Torr.
Hình 1.4: Hình SEM của một dây nano bạc lơ lửng điển hình (đường kính 79nm)
Giả sử rằng lực F được áp vào điểm giữa của chùm dây nano và đem lại độ lệch
, sau đó người ta xác định độ lệch theo vị trí của toàn dây nano so với lỗ tròn chuẩn trên đế. Độ dốc của lực áp vào của đầu dò AFM (tip) có hướng ngược với độ lệch
như minh họa trên hình 1.5 cho phép xác định được độ cứng tiếp tiếp xúc ke. Độ nhạy của máy AFM được hiệu chuẩn hóa bằng việc đo lường đường cong F - trên đế Silicon, và độ dốc của vị trí tuyến tính của đường cong (kc là độ cứng giá đỡ) như minh họa trên hình 1.5. Như vậy độ cứng của những dây nano bạc ks có thể được xác định bởi công thức sau:
1 1 1
e c s
Hình 1.5: Đường cong đặc trưng F - của đế và của một dây nano bạc định xứ trên đế
.