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美国布朗大学开发出新的黏附力测量方法

导读: 据麦姆斯咨询报道,Brown University(美国布朗大学)的研究人员设计出了一种测量微表面黏附力的新方法。该研究成果刊登于近期的《Proceedings of the Royal Society A》,或将有助于包含微型运动部件的MEMS器件的设计和制造。

据麦姆斯咨询报道,Brown University(美国布朗大学)的研究人员设计出了一种测量微表面黏附力的新方法。该研究成果刊登于近期的《Proceedings of the Royal Society A》,或将有助于包含微型运动部件的MEMS器件的设计和制造。

对于桥梁和建筑,工程结构需要考量的最重要的力是重力。但对于MEMS(微机电系统,例如智能手机和健身追踪设备中使用的微型加速度计等)这种尺寸级别的器件,重力的影响相对较小,而材料间的黏附力则变得更加重要。

“在微观尺寸上最主要的问题是哪些部件会相互黏附,”布朗大学工程学院助理教授、本研究共同作者Haneesh Kesari说,“如果器件中两个不应该黏附在一起的结构,因为黏附力结合在一起了,那这个器件就无法正常工作。因此为了更好地设计MEMS器件,需要一种更好的方法来测量所使用材料的黏附力。”

这就是Kesari及布朗大学两位研究生Wenqiang Fang 和Joyce Mok希望在本研究中解决的问题。明确地说,他们希望可以准确测量“黏附力”的大小,亦即分开两个黏附表面所需要的能量。

这项新研究开发的核心理论是利用微型悬臂梁的热振动来计算黏附力,并提出了一种测量方法,利用稍加改进的原子力显微镜(AFM)系统来探测微表面黏附力的相关性质。

原子力显微镜的原理示意图

标准的AFM系统在运行时有些类似复古的唱片机,利用一端具有微小针尖的微悬臂扫过目标材料,通过检测针尖和目标材料表面之间微小的原子间相互作用力的变化,可以获得作用力的分布信息,从而可以进一步研究材料的表面性质。

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