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Keerthika Balasundaram

• Nanoindentation is used to characterize the nanomechanical properties of various materials and the analysis method proposed by Oliver & Pharr (OP) is widely adopted. However, recent studies revealed that the mechanical properties of viscoelastic-plastic (polymeric) materials determined using the OP method does not lead to a correct evaluation of Young’s modulus. Viscoelasticity, pile-up, or adhesive forces is usually blamed for this failure. Based on these issues, we further examine the applicability of the OP method for characterizing the nanomechanical properties of polymeric materials by using finite element analysis (viscoelastic-plastic model) which yields an experimental protocol. Experiments performed on four different polymers show a depth dependence reduced modulus, and are related to the effects of adhesion. Theoretical analysis is performed to estimate the lower limit of the indentation depth beyond which the adhesion effects on the OP method is small.
• Nanoindentation wird zur Charakterisierung der nanomechanischen Eigenschaften verschiedener Materialien verwendet. Die Analyse-Methode nach Oliver & Pharr (OP) wird am häufigsten verwendet. Jedoch haben neueste Studien ergeben, dass die mit der OP-Methode berechneten Eigenschaften viskoelastisch-plastischer Materialien (Polymeren) einen fehlerhaften Elastizitätsmodul liefern. Viskoelastizität, Materialaufstau und adhäsive Kräfte sind die möglichen Gründe dafür. Aufgrund dieser Befunde untersuchen wir die Anwendbarkeit der OP-Methode für die Charakterisierung von Polymeren mit Hilfe einer Finiten-Elemente Analyse, die ein experimentelles Protokoll liefert. Experimente an vier verschiedenen Polymeren haben eine Abhängigkeit des Formänderungsmoduls von der Eindringtiefe ergeben, die mit Adhäsionseffekten in Verbindung gebracht wird. Durch die theoretische Analyse kann die kritische Eindringtiefe abgeschätzt werden, unterhalb derer der Einfluss der Adhäsion auf die OP-Methode gering ist.