随着纳米技术的迅速发展,微机电系统Microelectromechanical system, MEMS)在汽车、航空航天、通讯、医疗、环境保护等方面具有越来越广阔的应用前景。然而,由于表面和尺寸效应的影响,当器件尺度减小到微纳米量级时,微机电系统中表面力相对体积力增大近千倍,因而与表面相关的摩擦、磨损、粘性阻力和表面张力等对系统的影响比与体积相关的惯性力和电磁力的影响更加显著,表面力成为影响系统性能的关键因素。而锗金属单晶属于金刚石结构,具有比较优越的物理和化学性质,广泛应用于半导体材料、医学应用等一些新用途领域。尤其在微电子领域,随着芯片和晶体管的小型化,摩尔定律正面临硅基材料物理尺寸上的限制,需要开发一种新的材料来突破这一限制,锗的优异性使得锗基衬底有可能取代硅而应用于先进纳米电子器件。因此,深入研究晶体锗微纳米接触和摩擦的力学特性对于提高晶体锗的工作性能及使用寿命具有重要的意义。本课题选题来源于国家自然科学基金项目：“微机械摩擦副接触力学行为多尺度耦合分析方法研究”的实验部分内容。本文以现阶段国内外接触力学理论为基础,采用纳米压痕和划痕技术对晶体锗进行压入接触和滑动摩擦接触实验。通过MTALB对所获的实验数据进行处理获得不同条件下的载荷-位移、硬度／弹性模量曲线、位移-摩擦力曲线等,对获得曲线及AFM获得实验中的三维形貌图进行分析研究,得到晶体锗不同接触条件下的力学特性。具体结果如下：1.由载荷-位移曲线可看出,在加载阶段由于由弹性变形向塑形变形转变出现了pop-in;当压入深度大于30nm时,卸载过程出现了pop-out现象,导致这种现象的原因可能是随着压入载荷的增大,导致晶体锗内部发生滑移或者局部断裂；根据压痕功的方法可知,加-卸载曲线包围的面积代表压入的塑性功,因此从曲线包围面积的大小可分析出晶体锗材料塑性的高低,即晶体锗(110)晶面塑性最好,(100)晶面其次,(111)晶面塑性最差；晶体锗各个晶面原子密度的较大差距,使得晶体锗的硬度和弹性模量表现出明显的各向异性,其中大小依次为：(111)晶面、(110)晶面、(100)晶面。当压入深度大于500nm,晶体锗脆性断裂,随着压入深度的增加,硬度和弹性模量逐渐趋于稳定。2.在定载定速的接触滑动过程中,晶体锗的磨损性能受晶面取向影响不大。在定载荷的条件下,滑动速度对晶体锗的摩擦性能有很大的影响。摩擦力随着滑动的速度的增加而增加,且在不同的滑动速度下晶体锗表面均出现了严重的磨损-沟槽损伤。随着滑动速度的增大,沟槽两侧碎屑堆积的体积也越来越大,沟槽的深度也逐渐增大；载荷较小的单次划痕过程中,由于粘附力的作用,晶体表面形成凸起,而且随着载荷的增加,凸起的高度逐渐降低,并出现凸起和沟槽共存的现象。随着摩擦次数的增加,凸起消失,划痕完全呈现沟槽。当摩擦力继续增加时,晶体锗材料表现出现断裂。