基于微懸臂梁彎曲法的微尺度力學(xué)特性測量技術(shù)研究.pdf

1、隨著微納技術(shù)的不斷發(fā)展，以微尺度的高性能新材料（如納米薄膜、納米管、納米線、石墨烯、黑磷等）為基礎(chǔ)的低維微結(jié)構(gòu)成為了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。新的微加工工藝的進(jìn)步和完善也使微機(jī)電系統(tǒng)器件得到了極大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但是，微尺度材料或器件由于其本身結(jié)構(gòu)的微小，導(dǎo)致尺度效應(yīng)的作用和影響非常大，力學(xué)特性相比常規(guī)尺寸材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。微尺度力學(xué)性能的優(yōu)良程度直接影響了設(shè)計(jì)器件的性能。對微納尺度結(jié)構(gòu)或器件力學(xué)特性的研究和高精度表征是微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制

2、造和評價(jià)需要迫切解決的問題。本文研究了微懸臂梁探針微彎曲法的測量原理，分析現(xiàn)有方法的不足，設(shè)計(jì)并研制了自制的微尺度力學(xué)特性測量系統(tǒng)，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了原位標(biāo)定微懸臂梁探針彈性常數(shù)的功能;通過集成光學(xué)顯微干涉全視場高精度表面三維形貌測量模塊，提高了系統(tǒng)的測量精度，并拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。本文完成的主要工作有:
　　(1)詳細(xì)討論了微尺度力學(xué)特性的測量方法和原理，提出了基于微懸臂梁彎曲法的微尺度力學(xué)特性檢測方案，搭建系統(tǒng)并對其整體的性能參數(shù)進(jìn)行

3、驗(yàn)證。
　　(2)對微懸臂梁的法向彈性常數(shù)標(biāo)定方法進(jìn)行了討論，原位標(biāo)定了多種常用懸臂梁探針的法向彈性常數(shù)，并詳細(xì)評定了不確定度。將多種方法的標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行比對，討論了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。
　　(3)研究了其他方法難以標(biāo)定或標(biāo)定結(jié)果不確定度較大的特殊形狀或尺寸的懸臂梁探針的法向彈性常數(shù)標(biāo)定問題，通過實(shí)驗(yàn)獲得了超短梁、超硬梁、Tipless梁的可靠彈性常數(shù)。進(jìn)一步驗(yàn)證本文標(biāo)定方法對懸臂梁的形狀尺寸硬度等參數(shù)均無特殊要求，測