测量粘性的新方法有助于微器件设计

测量粘性的新方法有助于微器件设计

布朗大学的工程师们发明了一种测量微尺度表面粘性的新方法。这种技术,在英国皇家学会学报A中描述,可能有助于设计和建造微型机械系统(MEMS),具有微小运动部件的设备。

在桥梁或建筑物的规模上,工程结构需要处理的最重要的力量是重力。但在MEMS规模的设备如微加速度计用在智能手机和Fitbit -重力的相对重要性降低,和粘合力变得更为重要。

“主要的事情在微尺度是什么坚持什么,”Haneesh Kesari说,布朗的工程和新研究的合著者学院助理教授。“如果你有设备的部分粘在一起,那不应该,那就不起作用了。”。因此,为了设计MEMS器件,它有助于在我们使用的材料中测量粘合力。

这是Kesari和两只棕色的研究生,文强芳和Joyce Mok,去完成这项新的研究。 具体地说,他们想测量的量称为“粘附功,”大致翻译成所需的两个表面单位面积上的能量。

在新的研究开发的主要理论观点是一束热振动可以用来计算粘附功。这一观点表明,稍加修改的原子力显微镜(AFM)系统可以用来探测粘合剂的性质。

标准AFM工作起来有点像录音机。带有尖锐针的悬臂穿过目标材料。在悬臂显示激光措施使它沿着材料的微小起伏的轮廓。这些变化可以用来绘制出材料的表面特性。

适应法测定粘附需要从悬臂简单去除金属尖,留下一个平束。然后,光束可以被降到目标材料上,在那里它将附着在目标材料上。当悬臂是小幅上调,部分光束会变得紊乱,而其余的困。梁的失败部分会震动非常轻微。作者发现一种利用振动的程度,它可以通过AFM激光测量、计算的失败部分的长度,可以用来计算黏附靶材料的工作。

测量粘性的新方法有助于微器件设计

方说,这项技术可能有助于评估新材料涂层或表面纹理,旨在通过粘贴来减轻MEMS器件的失效。

方说:“一旦你有了一个牢固的技术来测量材料粘附的工作,那么你就有系统的方法来评估这些方法来获得特定应用所需的附着力水平。”。“这种方法的主要优点是,你不需要改变标准的AFM设置,以便做到这一点。”

根据Mok的说法,这种方法也比其他技术简单得多。

“以前基于干涉测量的方法是劳动密集型的,可能需要很多数据点。”她说。“我们的理论框架将为从单一测量得到的粘附工作提供价值。”

论证了技术数值,Kesari说,下一步是建立系统并开始收集一些实验数据。他希望这种系统将有助于推动MEMS领域向前发展。

“我们的MEMS加速度计和陀螺仪,但我不认为这场已完全辜负了自己的承诺,”Kesari说。部分原因是人们还没有完全理解小规模的粘合。我们认为,测量附着力的一种更强有力的方法是获得这种理解的第一步。”

这项研究得到了美国国家科学基金会(1562656)和布朗研究生院Joyce Mok奖学金的支持。

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