石英音叉的动态特性及其用于rGO/AuNPs导电机理的研究

发布时间：2021-12-31 13:41

　　扫描探针显微镜是纳米尺度性能表征的最有效手段,而其传感器原件的选取决定了纳米尺度性能表征的精度、稳定性、测量范围、应用范围等。石英音叉因具有高品质因数、高弹性系数以及自激发自检测等特性,因而可以用于各种极端环境,并逐步替代传统微悬臂梁传感器而被广泛应用于扫描探针显微镜中。但是,石英音叉振动的非对称性,以及测量中弹性力和损耗力的耦合问题造成了校准误差,并严重影响了其在纳米力学测量应用中的准确性,因而需要得到有效解决。本文引入了石英音叉两叉脚的振幅比和相位差作为非对称振动参量,重新研究了石英音叉的二维耦合谐振子模型,确定了非对称作用力梯度、阻尼和两叉脚质量差对校准常数的影响。结果表明,力梯度和阻尼引起非对称振动结果是由于两叉脚在基座处的弹性耦合作用产生的,其中,力梯度作用下石英音叉主要产生谐振频率的变化和两叉脚振幅比的变化,并且谐振频率变化和两叉脚振幅比的变化分别与力梯度呈正比例关系和负比例关系;阻尼作用下石英音叉主要产生激发电压的变化和两叉脚相位差的变化,并且激发电压的变化和两叉脚相位差的变化分别与阻尼呈正比例关系和负比例关系。力梯度和阻尼虽然导致了石英音叉的非对称性振动,但未对校准常数... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

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SPM在各个科学领域中的应用：(a)

图 1-2 AFM 的工作模式Fig. 1-2 Work mode of AFM 非接触模式接触模式 AFM（Noncontact Dynamic AFM，NC-AFM）顾名思

其结构如图 1-3 所示。依据微悬臂的结构尺寸可以计算得到微悬臂的弹性系数及谐振频率。目前，常 100 μm ~ 500 μm 范围内，宽度在 10 μm ~ 40 μm 范围内 μm 范围内，硅和氮化硅的弹性模量分别为 190GPa 和算得到悬臂梁的工作频率大于 10 kHz，弹性系数一般是 N·m 1范围内变化。在实际测量中，可以依据待测样品选择合适的微悬臂梁，例如结构尺寸、材料种类以及针


本文编号：3560360