测量和理解机械响应对于材料研究、产品开发和过程控制至关重要。这些材料的力学响应取决于应用场景和材料化学。衡量这些力学性能的主要参数是载荷(P)、加载速率(Ṗ)或应变速率(ἐ)、加载时间(t)。
传统上，机械性能是通过施加载荷产生的应力-应变曲线来确定的，但纳米压痕已经被证明是更先进的，可以在不到一秒钟的时间内通过一次测试提供硬度、模量等多种性能。力学试验中常用的术语有应力、应变、屈服应力。压力(σ)是试件变形前施加在试件上的瞬时载荷除以试件的横截面积。应变(ε)是试样的规长变化量除以其原始规长。屈服应力(σy)为材料不再具有弹性反应时的应力，称为屈服点。
根据基本数据，确定力学性能:
- 弹性模量
- 硬度
- 粘弹性材料的复模量
- 断裂韧性
弹性模量
两种力学性能，弹性模量和硬度，可以确定纳米压痕。
弹性模量(E)，通常称为杨氏模量，是变形完全弹性时应力(σ)与应变(ε)的比值。在弹性区域，应力和应变根据胡克定律成正比:σ = Eε
弹性模量是一种材料的固有性质。在基本水平上，E是原子间化学键强度的量度。模量越大，材料越硬，应变越小。弹性响应是非永久性的，所以当施加的载荷被释放时，样品会恢复到原来的形状。
硬度
硬度(H)是衡量材料抗表面压痕变形能力的指标。塑性变形是由材料原子结构中的位错运动引起的。通过缺陷、合金或晶界抑制位错运动，可以改变材料的屈服强度。
材料硬度可以通过不同的方式增加，包括间质硬化或取代硬化，其中原子要么在原子晶格之间添加，要么在原子晶格中取代:
显微硬度测试和纳米压痕是测定硬度的标准方法。纳米压痕还有一个额外的好处，即提供弹性模量。
在设计触点时，材料的硬度是唯一最重要的参数。万博max体育较硬的材料相互接触时磨损较软的材料。万博max体育在力学中，硬度被定义为材料在施加载荷时对永久变形的抵抗力。
传统上，硬度是用相对尺度来测量的，如莫氏硬度或维氏硬度。每种材料根据其相对硬度在莫氏标度上被赋予从1到10的数值。纳米压痕技术的最新进展允许测量各种材料的硬度，并根据给定的应用载荷在材料上的印记面积来定义。纳米压痕法的硬度H计算为:
这里，P是施加的载荷，A是压痕面积。根据材料有不同的测量尺度，如肖氏硬度、维氏硬度、莫氏硬度和努普硬度等等。所有这些都表示材料相对于标准样品的相对硬度。纳米压痕通过提供绝对硬度方面的物理测量来消除不同尺度上的模糊性。
与弹性模量是材料的固有特性不同，硬度在材料中表现出尺寸依赖性，近表面硬度与体硬度不同。连续刚度测量是一种很好的技术，为研究各种材料中硬度的尺寸效应提供了深度依赖测量。硬度的尺寸依赖性可以通过比较由相同材料但晶粒尺寸不同的两种合金来理解。由于填料的致密性，晶粒越细，大多数材料的硬度就越高。
粘弹性
动态力学分析(DMA)用于聚合物和具有固定几何形状的橡胶材料。当温度升高时，在频率扫描过程中施加振荡。复模量，即存储和损耗模量的组合，然后确定为频率和温度的函数。
存储模量(E′)是衡量聚合物材料弹性的指标。损耗模量(E ")是衡量聚合物将机械能转化为热能的能力。损耗因子(Loss Factor)，即tan δ，是E "与E '的比值。
当样本量或函数需要小体积时，使用类似DMA的动态纳米压痕测试来确定E’和E”。纳米压痕可用于表征比DMA更大的频率范围。更少的热量可以应用于更小的样本量。
断裂韧性
断裂韧性是指材料抗脆性断裂的性能。由于在材料或构件的加工过程中，缺陷的发生是不可避免的，因此断裂韧性是一项重要的材料性能。断裂韧性高的材料容易发生韧性断裂。断裂韧性低的材料通常呈脆性断裂。
模型可用于计算断裂韧性，并与高负载纳米压痕数据相关联。这些方法通常考虑缺陷大小、零件几何形状和载荷条件。断裂韧性用于评估具有预先存在的缺陷的构件抗断裂的能力。
