基于单片机的AFM纳米机械性能测试系统.pdf

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1、万方数据第16卷第7期2008年7月光学精密工程opticsandPrecisionEngineeringV01．16No．7Jul．2008文章编号1004—924X(2008)07—1223一07基于单片机的AFM纳米机械性能测试系统闫永达1’2，费维栋1，胡振江2，程相杰2，孙涛2，董申2(1．哈尔滨工业大学材料与工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：为解决采用原子力显微镜(AFM)系统进行纳米机械性能测试中存在的不能够直接获得载荷一压深曲线以及不能够随意改变加载、保载、卸载时间等问题，对AFM系统进行

2、了改造，开发了一套基于单片机的信号输入输出模块。将该模块与AFM控制系统相联。形成新的纳米机械性能测试系统。该系统信号输出精度为o．15mV，信号采集精度为O．3mV，工作台的移动灵敏度为1．53啪，可以动态改变垂直载荷，并实时获得载荷一压深曲线。通过单片机设置模拟信号的输出速率可以实现加载、保载和卸载速率的改变；结合二维微动精密工作台。可以实现较大范围内高精度的点阵压痕测试。通过在聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷等材料表面进行实验测试表明：该系统可以高速高精度地测量样品的纳米机械性能参数，包括对样品进行纳米压痕测试和对样品的纯弹性变形过程进行检测，如聚二甲基硅氧烷或者各种微梁

3、等微小构件。关键词：原予力显微镜(AFM)；单片机；纳米机械性能；栽荷一压深曲线中圈分类号：TH742．9文献标识码：ASCM_basednanomechanicalpropertymeasurementsystemofAFMYANYong-dal”，FElWei—don91，HUZhen-jian92，CHENGXian90ie2，SUNTa02，DONGShen2(1．S击00Zo，A缸￡已以以＆i绷馏口以而gi以凸洲靠g，Hn觑72J，z甜i比钯。厂忍f^，zoZo∥，胁r6切150001，吼im；2．(为卵￡P，．o厂P，℃fisio，zE行ginPPri以g，

4、H口，‘6i咒J，zsfi￡“￡已o，T0c^孢oZogy，H口，‘6i咒150001，(’^i咒口)AbstI’act：Inordertoobtaintheforcedepthcurvedirectlyandchangetheloadingtime，keepingloadtimeandunloadingtimearbitrarilyinthenanomechanicaIpropertymeasurementbyAtomicForceMi—croscope(AFM)，anAFMsystemwasmodified．ASingleChipMicyoco(SCM)-based

5、input／outputmodulewasdevelopedinthepresentstudy．ConnectedthismoduletothecontrolsystemofAFM，anovelAFM-basednanomechanicalpropertymeasurementsystemwasformedwiththesignaloutputprecisionof0．15mV，signalinputprecisionof0．3mV，andthemovingaccuracyofthestageof1．53nm．Thenormalloadofmeasurementsyst

6、emcouldbechangedcontinuouslytogetthein—situforc}depthcurveaccordingtothecorrespondingarithmetic．TheoutrateoftheI)／AoutputportcouldbevariedbytheSCMcontroller，sothattherateofloading，unloadingandkeepingperiodcouldbechangedalso．Integratedwithatwo—dimensionalprecisionstage，thearrayindentation

7、testswerecar—riedoutwithalargerscaIe．ThenanoindentationtestresuitsonpoIycarbonateandpoIydimethyIsiIox—aneshowthatthenanomechanicaIpropertyparametersofsamplescanbeobtainedwithhighaccuracy收稿日期：2007—11—21：修订日期：2008一01—22．基金项目：黑龙江省博士后基金资助项目；第42批中国博士后基金资助项目；黑龙江省青年专项基金资助项目(No．Q