双模态振幅调制原子力显微术相互作用区转变研究

双模态振幅调制原子力显微术测试或成像过程中存在引力区和斥力区两种相互作用区.开展双模态振幅调制原子力显微术针尖样品相互作用区转变的研究,对于在特定作用区内成像的参数设置、相互作用区范围的控制,以及对成像结果的正确理解和解释尤为重要.将有限差分法和同相正交法相结合,采用数值模拟方法研究了探针模态自由振幅大小设定、样品力学性能变化以及模态激励频率的设置对双模态振幅调制原子力显微术相互作用区转变的影响.研究结果表明,探针模态自由振幅之和越大,则引力区向斥力区转变时的临界设定点越大,使探针位于引力区的设定点的范围越小.样品的弹性模量越大、黏度系数越小,探针在接近样品过程中引力区向斥力区转变发生越早,即引力区设定点的范围越小.偏离自由共振频率对探针进行激励时,引力区的范围均小于以自由共振频率激励时的引力区范围,探针运动状态的突变并不一定对应相互作用区的转变,且不能将相位值是否高于或低于90°作为判定探针位于引力区或斥力区的依据.     

双模态振幅调制原子力显微术相互作用区转变研究

双模态振幅调制原子力显微术测试或成像过程中存在引力区和斥力区两种相互作用区. 开展双模态振幅调制原子力显微术针尖样品相互作用区转变的研究, 对于在特定作用区内成像的参数设置、相互作用区范围的控制, 以及对成像结果的正确理解和解释尤为重要. 将有限差分法和同相正交法相结合, 采用数值模拟方法研究了探针模态自由振幅大小设定、样品力学性能变化以及模态激励频率的设置对双模态振幅调制原子力显微术相互作用区转变的影响. 研究结果表明, 探针模态自由振幅之和越大, 则引力区向斥力区转变时的临界设定点越大, 使探针位于引力区的设定点的范围越小. 样品的弹性模量越大、黏度系数越小, 探针在接近样品过程中引力区向斥力区转变发生越早, 即引力区设定点的范围越小. 偏离自由共振频率对探针进行激励时, 引力区的范围均小于以自由共振频率激励时的引力区范围, 探针运动状态的突变并不一定对应相互作用区的转变, 且不能将相位值是否高于或低于90°作为判定探针位于引力区或斥力区的依据.      

PZT压电陶瓷高温变形与失效的实验研究

随着工业设备集成化进程的加快,PZT压电陶瓷获得越来越广泛的应用,其工作环境也越来越复杂.例如,新一代节能环保型发动机中起致动作用的压电陶瓷叠层驱动器,工作时要承受力-热-电载荷的共同作用.因此,研究PZT压电陶瓷在高温下的变形与失效行为,对工业设计具有重要的指导意义.为此,本文利用自行搭建的压电陶瓷高温下电滞回线、蝶形回线和应力退极化曲线的测试装置,研究了PZT压电陶瓷在不同温度下的电致变形和应力退极化行为,得到了材料在不同温度下的电滞回线、蝶形回线、应力电位移曲线和应力应变曲线.实验结果表明,随着温度的升高,由电滞回线测得的剩余极化逐渐减小,蝶形回线逐渐变扁;由应力退极化产生的剩余极化和剩余应变也逐渐减小.极化量的改变是由材料的热释电效应(自发极化随温度的升高而减小)造成的,而应变量的变化是由晶胞畸变随着温度升高而减小所致.     

多模态原子力显微术研究进展

材料纳米尺度的各种性能中,纳米力学性能是纳米材料和器件服役所需要保证的最基本性能。因此,发展可靠的定量化纳米力学测试技术就显得尤为关键。原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)作为纳米力学测试的重要平台,目前广泛应用于材料纳米尺度形貌和力学性能成像。作为原子力显微术的前沿应用模式之一,多模态原子力显微术通过同时激励探针的两个或多个振动模态对样品进行测试或成像,可实现对被测样品高分辨率、高灵敏度、定量化和无损的纳米力学快速成像及检测,具有极其广泛的应用前景。围绕多模态原子力显微术,首先介绍了多模态原子力显微术的基本成像原理和力学模型基础。随后,综述了多模态原子力显微术探针动力学以及成像技术相关研究的主要进展。然后,对多模态原子力显微术的几类典型应用进行了总结和评述。最后,对多模态原子力显微术未来可能的研究方向进行了展望。     

扫描探针声学显微技术研究进展

纳米科技的快速发展迫切需要对材料小尺度下的力学性能进行定量化测试与表征.将声学和原子力显微镜相结合的扫描探针声学显微技术(Atomic Force Acoustic Microscopy,AFAM)是近年来发展的一项定量化纳米力学测试方法,具有高分辨和无损的优势.论文围绕AFAM这一测试技术,首先详细论述了AFAM弹性力学性能和粘弹性力学性能定量化测试的基本原理以及两种成像模式;随后对AFAM方法研究相关的进展进行了分析和归纳;接着对AFAM在纤维增强复合材料、智能材料、生物材料、纳米材料和薄膜中的应用进展进行了综述;最后对AFAM进行了总结和展望.