本文關(guān)鍵詞：原子力顯微鏡中探針與樣品的塑性接觸對形貌測量的影響

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【摘要】：原子力顯微鏡(atomic force microscopy, AFM)測量樣品表面形貌時,由于其優(yōu)異的性能以及操作簡易,在科學(xué)研究的各個領(lǐng)域都發(fā)揮了重大作用,促進了納米技術(shù)發(fā)展。原子力顯微鏡與先前的顯微鏡相比,其最主要的特點就是通過一個懸臂梁探針去探索形貌。先前論文對原子力顯微鏡輕敲模式下由液橋引起的能量耗散進行了詳細的論述,分析了探針與樣品間的液橋的動力學(xué)生成過程,這對理解黏附力至關(guān)重要,得到了液橋生成模型以及計算出了在輕敲模式下由液橋引起的耗散能。在此基礎(chǔ)上,進一步對可能引起AFM贗相的其他主要因素進行研究。根據(jù)對微觀尺度下接觸問題的研究,本文提出,樣品材料的塑性變形也是引起AFM贗像的一種原因,至于這種影響在不同的環(huán)境下,其重要程度如何,怎樣消除這種影響,都是本論文重點研究的工作。首先,本文首先利用微尺度接觸理論,建立了在此尺度下的加載-卸載模型,即加載過程使用C-P模型,卸載過程用JKR模型,并利用這個簡化模型計算出塑性耗散功。其次,再通過有限元模型計算得到了不考慮表面黏附效應(yīng)下的塑性功。通過比較驗證了本文提出的假設(shè)的正確性,即：在納米尺度接觸下,塑性變形引起的耗散功可以不考慮表面力的影響。此外,在大氣環(huán)境下,AFM針尖和基底的微接觸模型中,毛細力在所有黏附力中占主導(dǎo)地位,那么就有必要分析毛細力和塑性變形對接觸耗散能的貢獻。通過計算,得到在輕敲模式下塑性耗散功比由毛細力引起的耗散功小一個量級。最后利用振動力學(xué)相關(guān)知識,簡要的分析了耗散功對AFM振動系統(tǒng)的影響。
【關(guān)鍵詞】：原子力顯微鏡 塑性接觸 能量耗散 微尺度接觸模型
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH742;TB302
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 符號說明11-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 課題來源14
• 1.2 引言14-15
• 1.3 原子力顯微鏡的原理15-20
• 1.3.1 原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3.2 原子力顯微鏡的探針16-17
• 1.3.3 原子力顯微鏡的操作模式17-20
• 1.4 相位像20-21
• 1.5 前人的研究成果21-24
• 第二章 彈塑性接觸與塑性功表征24-38
• 2.1 分子間作用力24
• 2.2 彈性接觸模型24-27
• 2.2.1 Hertz接觸模型24-25
• 2.2.2 DMT模型25-26
• 2.2.3 JKR模型26-27
• 2.3 塑性屈服的開始27-30
• 2.3.1 微觀尺度下由于黏附作用產(chǎn)生的塑性變形的猜想28-30
• 2.3.2 微觀尺度下由于黏附作用產(chǎn)生的塑性變形的實驗30
• 2.4 塑性接觸模型30-33
• 2.4.1 M-P模型30-31
• 2.4.2 C-P模型31
• 2.4.3 塑性加載-卸載模型31-33
• 2.5 屈服的開始點33-34
• 2.6 塑性功的實驗表征34-38
• 第三章 微納米尺度接觸滯后現(xiàn)象和能量耗散38-48
• 3.1 彈性接觸滯后能量耗散38
• 3.2 黏附滯后耗散機制38-40
• 3.3 考慮黏附作用能量耗散的計算40-48
• 第四章 接觸模型的建立與計算48-58
• 4.1 振動系統(tǒng)簡化模型48-49
• 4.1.1 懸臂梁的簡化模型48-49
• 4.1.2 懸臂梁探針接觸的簡化模型49
• 4.2 能量耗散與相位之間的關(guān)系49-50
• 4.3 通過品質(zhì)因子計算能量耗散50-58
• 4.3.1 實驗準備50-52
• 4.3.2 自由狀態(tài)下能量耗散的計算52-53
• 4.3.3 AFM輕敲模式下能量耗散的計算53-58
• 第五章 結(jié)論與展望58-60
• 5.1 結(jié)論58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻60-64
• 致謝64-66
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 作者與導(dǎo)師簡介68-69
• 附件69-70

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