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原文传递一种薄膜样品的力学性质测量方法

专利名称：	一种薄膜样品的力学性质测量方法
摘要：	本发明涉及材料科学领域，一种薄膜样品的力学性质测量方法，将透镜探针切换到探头的探针位I；控制微驱动器使得透镜探针移动至刚好接触样品表面；显微镜物镜实时记录样品图像；法向力测量：控制微驱动器使得透镜探针继续向样品表面施加压力，记录反射镜I和反射镜II的偏向，通过计算机得到法向的相互作用力，并与显微镜物镜记录的样品图像进行组合分析，得到样品表面形变与法向作用力之间的关系；切向力测量：控制微驱动器以保持透镜探针与样品的法向力恒定，同时使样品台在z方向移动，记录反射镜I和反射镜II的偏向，通过计算机得到切向的相互作用力，并与显微镜物镜记录的样品图像进行组合分析，得到样品形变与法向力及样品台移动速度的关系。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	金华职业技术学院
发明人：	范晓雯;张向平;赵永建
专利状态：	有效
申请号：	CN201811083995.7
公开号：	CN109115607A
分类号：	G01N3/08(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	321017 浙江省金华市婺州街1188号
主权项：	1.一种薄膜样品的力学性质测量方法，薄膜测试装置主要包括光纤传感器I(1)、反射镜I(2)、光纤传感器II(3)、反射镜II(4)、探头(5)、透镜探针(6)、电晕探针(7)、高压恒流源(8)、金属罩(9)、栅网(10)、位移台(11)、直流电源(12)、电压源(13)、样品(14)、样品台(15)、接地环电极(16)、主电极(17)、显微镜物镜(18)、计算机(19)、电流计(20)和电流控制器(21)，xyz为三维空间坐标系，所述探头(5)具有前端和末端，所述探头(5)从前端至末端由探针盘(5‑1)、悬臂(5‑2)和微驱动器(5‑3)连接而成，微驱动器(5‑3)能够在y方向移动，最小移动步进为60纳米、最大移动范围为30毫米、最大移动速率为2毫米/秒，所述探针盘(5‑1)为圆盘状，探针盘(5‑1)下表面具有探针位I(5‑1‑1)、探针位II(5‑1‑2)和探针位III(5‑1‑3)，所述探针位I(5‑1‑1)位于探头(5)前端，探针位I(5‑1‑1)能够安装透镜探针(6)、也能够安装电晕探针(7)，探针位II(5‑1‑2)能够安装透镜探针(6)，探针位III(5‑1‑3)能够安装电晕探针(7)，能够将透镜探针(6)从探针位II(5‑1‑2)切换至探针位I(5‑1‑1)以进行力学实验，能够将电晕探针(7)从探针位II(5‑1‑2)切换至探针位I(5‑1‑1)以进行电学实验，探针盘(5‑1)上表面安装有反射镜II(4)，反射镜II(4)与xz平面平行，探针盘(5‑1)侧面安装有反射镜I(2)，反射镜I(2)与xy平面平行；光纤传感器I(1)和光纤传感器II(3)分别电缆连接计算机(19)，光纤传感器I(1)的位置固定并正对着反射镜I(2)，光纤传感器II(3)的位置固定并正对着反射镜II(4)，透镜探针(6)顶端是一个直径范围为1.5毫米至4毫米的半球形的玻璃透镜，电晕探针(7)电缆连接高压恒流源(8)，电晕探针(7)长为20毫米、直径为0.3毫米；探头(5)的透镜探针(6)和电晕探针(7)的下方依次安装有金属罩(9)和栅网(10)，所述金属罩(9)和栅网(10)均连接于位移台(11)，位移台(11)能够分别控制金属罩(9)和栅网(10)移动，金属罩(9)通过位移台(11)电缆连接直流电源(12)，金属罩(9)是长度为24毫米、底面直径为18毫米的圆柱面，圆柱面的轴线沿y方向，栅网(10)是由直径为0.2毫米的金属线组成的边长为2毫米的正方形网格，栅网(10)通过位移台(11)电缆连接电压源(13)，电压源(13)电缆连接电流控制器(21)；样品台(15)位于栅网(10)下方，样品台(15)能够在xz平面内移动，最小移动步进为60纳米、最大移动范围为30毫米、最大移动速率为2毫米/秒，样品台(15)底部具有接地环电极(16)和主电极(17)，所述接地环电极(16)外径为20毫米、内径为18毫米，所述主电极(17)为直径14毫米的圆盘并能够透光，样品(14)位于样品台(15)内，样品(14)分别与接地环电极(16)和主电极(17)接触，主电极(17)依次电缆连接电流计(20)、电流控制器(21)和计算机(19)，显微镜物镜(18)位于样品台(15)下方；电流计(20)测得的样品(14)充电电流I1输入到电流控制器(21)，计算机(19)中预设的样品(14)充电电流I2输入到电流控制器(21)，电流控制器(21)比较I1和I2后输出反馈信号至电压源(13)，以能够控制施加在栅网(10)上的电压，其特征是：所述一种薄膜样品的力学性质测量方法的步骤为：一.将透镜探针(6)切换到探头(5)的探针位I(5‑1‑1)；二.控制微驱动器(5‑3)使得透镜探针(6)移动至刚好接触样品(14)表面；三.显微镜物镜(18)实时记录样品(14)图像；四.法向力测量：控制微驱动器(5‑3)使得透镜探针(6)继续向样品(14)表面施加压力，记录反射镜I(2)和反射镜II(4)的偏向，通过计算机(19)得到法向的相互作用力，并与显微镜物镜(18)记录的样品(14)图像进行组合分析，得到样品(14)表面形变与法向作用力之间的关系；五.切向力测量：控制微驱动器(5‑3)以保持透镜探针(6)与样品(14)的法向力恒定，法向力范围为4mN至15mN，同时控制样品台(15)使其在z方向移动，移动速度范围为1至10微米/秒，记录反射镜I(2)和反射镜II(4)的偏向，通过计算机(19)得到切向的相互作用力，并与显微镜物镜(18)记录的样品(14)图像进行组合分析，得到样品(14)形变与法向力及样品台(15)移动速度的关系；六.根据步骤四及步骤五的结果，并结合样品(14)形变、样品(14)与透镜探针(6)之间的力、样品(14)力学特性之间的关系，得到样品(14)的体积弹性模量。
所属类别：	发明专利