微納米機(jī)械構(gòu)件材料力學(xué)行為研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是近幾年迅速發(fā)展起來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。微觀力學(xué)是MEMS研究中的關(guān)鍵問題之一?？紤]到很多微型機(jī)械構(gòu)件是在帶電條件下工作，力-電-熱多場(chǎng)耦合作用下微機(jī)械構(gòu)件材料力學(xué)行為的研究顯得迫切需要。本論文研制了電磁驅(qū)動(dòng)微拉伸裝置，并對(duì)直流電場(chǎng)作用下樣品的微觀力學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，具體包括以下三方面的工作： 1．運(yùn)用電磁驅(qū)動(dòng)理論對(duì)單軸微拉伸裝置進(jìn)行了研制和改進(jìn)。利用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器電路和驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)，提出采用高精度

2、電容位移傳感器進(jìn)行微位移的測(cè)量，使傳感器具有很好的線性度、準(zhǔn)確度和較高的穩(wěn)定性，使改進(jìn)后的微拉伸裝置對(duì)位移的分辨率達(dá)到1.195nm，大大提高了測(cè)量結(jié)果的精確性。在動(dòng)靜樣品臺(tái)上布置電路，可以精確控制施加電流（電場(chǎng)）大小，從而實(shí)現(xiàn)力—電—熱多場(chǎng)耦合作用下微構(gòu)件材料力學(xué)性能的測(cè)量；將虛擬儀器軟件平臺(tái)LabView用于電磁驅(qū)動(dòng)微拉伸系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)采集和分析處理，減少了繁多的數(shù)據(jù)處理過程，大大縮短了實(shí)驗(yàn)過程，特別是虛擬示波器的使用，可以實(shí)時(shí)地

3、觀察測(cè)試過程中材料在載荷作用下性能的變化趨勢(shì)。 2．利用自行研制的微拉伸裝置對(duì)直流電流作用下不銹鋼微構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不銹鋼微構(gòu)件在拉伸作用下出現(xiàn)明顯的塑性變形；微尺度下，不銹鋼微構(gòu)件力學(xué)性能與宏觀性能有所不同，出現(xiàn)了小尺寸效應(yīng)；電流作用下，不銹鋼微構(gòu)件的彈性模量和拉伸強(qiáng)度隨電流的增大而降低，初步分析，可以認(rèn)為是電塑性效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果，深入的分析需要量子力學(xué)的知識(shí)；提出對(duì)于納米級(jí)管或線狀構(gòu)件，可以

4、選取整齊的纖維束或陣列進(jìn)行研究，然后采用細(xì)觀力學(xué)的統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行分析。 3．利用原子力顯微鏡（AFM）結(jié)合納米壓痕技術(shù)對(duì)直流電場(chǎng)作用下樣品金（Au）進(jìn)行了納米壓痕實(shí)驗(yàn)。根據(jù)原子力顯微鏡的工作原理，分析了利用原子力顯微鏡進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法；得到了樣品金的壓痕表面形貌圖，觀察發(fā)現(xiàn)無論在無電場(chǎng)作用下還是有電場(chǎng)作用下，壓痕周圍的金屬由于擠壓而形成了凸起，即壓痕周圍的亮區(qū)為材料被擠出的區(qū)域；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在外加直流電場(chǎng)作用下，