[发明专利]一种超声激励下纳米材料表面力学参量表征的方法有效

专利信息
申请号: 201510557625.2 申请日: 2015-09-02
公开(公告)号: CN105182007B 公开(公告)日: 2018-05-25
发明(设计)人: 张辉;张淑仪;范理 申请(专利权)人: 南京大学
主分类号: G01Q60/26 分类号: G01Q60/26
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 杨晓玲
地址: 210093 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要: 发明公开了一种超声激励下纳米材料表面力学参量表征的方法,通过超声激励振幅分别激发探针和纳米材料表面之间的线性和非线性摩擦力。摩擦力作用于悬臂梁,引起悬臂梁产生线性和非线性扭转振动;在线性范围内,利用测量的悬臂梁谐振频率,得到纳米样品表面的力学参量:剪切模量、杨氏模量和泊松比;在非线性范围内,根据已得到的剪切模量、杨氏模量和泊松比得到探针与纳米材料表面摩擦学参量:阈值摩擦力。本发明对纳米表面的力学和摩擦学参量进行表征,具有更高的灵敏度,而且设备简单,易于实现。
搜索关键词: 纳米材料表面 超声激励 力学参量 悬臂梁 摩擦 剪切模量 杨氏模量 泊松比 参量 探针 非线性摩擦力 非线性扭转 纳米表面 谐振频率 样品表面 灵敏度 力学 测量 激发
【主权项】:
1.一种超声激励下纳米材料表面力学参量表征的方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,利用原子力显微镜检测纳米材料表面,通过超声激励纳米材料表面使其产生相对于原子力显微镜的探针的表面切向位移;步骤2,分别测量原子力显微镜的悬臂梁在线性和非线性条件下的扭转振动信号,通过对信号进行傅里叶变换确定其扭转基频频率;步骤3,根据步骤1的超声激励纳米材料表面的情况和步骤2的悬臂梁扭转振动信号、扭转基频频率建立探针与纳米材料表面的摩擦力模型,进而得到探针与纳米材料表面的摩擦力;步骤4,利用小振幅超声进行激励,探针相对于纳米材料表面的振动幅度较小,线性摩擦力等于探针与纳米材料表面间的等效弹性系数与振动幅度的乘积,建立小振幅激励的悬臂梁扭转振动特征频率方程;进而得到纳米样品表面的剪切模量、杨氏模量和泊松比;步骤5,利用大振幅超声进行激励,探针相对于纳米材料表面的振动幅度较大,根据步骤3所建立的摩擦力模型,利用谐波平衡法,悬臂梁在摩擦力模型求得的非线性摩擦力作用下,建立大振幅激励的悬臂梁扭转振动特征频率方程;根据步骤步骤4得到的纳米样品表面的剪切模量、杨氏模量和泊松比,得到探针与纳米材料表面间的等效弹性系数,结合在非线性摩擦力作用下通过步骤2测量得到的悬臂梁扭转振动信号,利用大振幅激励的悬臂梁扭转振动特征频率方程,得到探针与纳米材料表面的阈值摩擦力。
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