本文關(guān)鍵詞：液橋形成與破碎的動力學(xué)過程研究

  更多相關(guān)文章： 原子力顯微鏡 液橋形成 液橋破碎 毛細力 耗散能

【摘要】：原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)以針尖-樣品之間的相互作用力作為成像信號,打破了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡最高放大倍數(shù)受光波波長限制的局面,其掃描圖像的最高分辨率可達0.01nm,撬開了微納米世界的大門。但是在大氣環(huán)境下,AFM針尖與樣品間會形成液橋。液橋引起的毛細力會影響微懸臂梁的變形,從而引起高度像失真。另外,AFM輕敲模式下,針-樣分離拉伸液橋直至破碎產(chǎn)生的耗散能也影響著相位像的成像質(zhì)量。為了剔除液橋引起的贗像,本論文研究了針-樣間液橋形成與破碎的動力學(xué)過程。首先,本論文提出了針-樣間液橋形成的三種機理,即液膜擠出、水氣凝結(jié)和液膜流動。在相對濕度65%的條件下,用數(shù)值模擬的方法分別計算了液膜擠出、水氣凝結(jié)和液膜流動三種液橋形成機理的特征平衡時間和液橋體積。從特征時間的角度討論了AFM不同工作模式下的液橋生成特點。其次,本論文從力學(xué)和熱力學(xué)的角度分別數(shù)值計算了液橋拉伸過程中的毛細力和液橋破碎引起的耗散能,兩種不同的方法得出了較為一致的結(jié)論,相互驗證了理論計算的正確性。針-樣間耗散能隨相對濕度增大而增大,耗散能在100nN·nm量級。針-樣間最大毛細力隨相對濕度先增大后減小,極值點位于相對濕度80%附近,毛細力在10nN量級。在相對濕度一定的條件下,毛細力隨針-樣間距離的增加而減小。最后,本論文通過輕敲模式下AFM掃頻實驗,測量了不同相對濕度下微懸臂梁的耗散能(無量綱化),實驗測量結(jié)果與理論計算結(jié)論一致,從而驗證了液橋形成機理與破碎模型及相關(guān)計算的正確性。
【關(guān)鍵詞】：原子力顯微鏡 液橋形成 液橋破碎 毛細力 耗散能
【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】：2015
【分類號】：TH742
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-24
• 1.1 課題來源16
• 1.2 引言16-17
• 1.3 原子力顯微鏡結(jié)構(gòu)與工作原理17-18
• 1.4 液橋的基本概念18-19
• 1.5 液橋?qū)υ恿︼@微鏡成像質(zhì)量的影響19-20
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.7 本論文的主要研究內(nèi)容21-24
• 第二章 液橋形成的動力學(xué)過程分析與計算24-40
• 2.1 擠出模型的建立與計算24-28
• 2.1.1 擠出模型24
• 2.1.2 液膜厚度討論24-26
• 2.1.3 液橋擠出形成特征時間與體積26-28
• 2.2 凝結(jié)模型的建立與計算28-32
• 2.2.1 水蒸氣凝結(jié)模型28
• 2.2.2 水蒸氣凝結(jié)形成液橋的特征時間與體積28-32
• 2.3 流動模型的建立與計算32-36
• 2.3.1 液膜流動模型32-33
• 2.3.2 液膜流動形成液橋的特征時間與體積33-36
• 2.4 AFM中液橋生成模型討論36-39
• 2.4.1 接觸模式36-37
• 2.4.2 非接觸模式37
• 2.4.3 輕敲模式37-38
• 2.4.4 力-曲線模式38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 液橋破碎的動力學(xué)過程分析與計算40-58
• 3.1 液橋破碎模型40-41
• 3.2 液橋破碎過程中毛細力的計算41-50
• 3.2.1 毛細力的力學(xué)計算方法與結(jié)果41-46
• 3.2.2 毛細力的熱力學(xué)計算方法與結(jié)果46-50
• 3.3 耗散能50-53
• 3.3.1 耗散能的力學(xué)計算方法與結(jié)果51
• 3.3.2 耗散能的熱力學(xué)計算方法與結(jié)果51-52
• 3.3.3 力學(xué)和熱力學(xué)兩種計算方法的討論52-53
• 3.4 濕度對液橋的影響及最大毛細力和耗散能計算53-55
• 3.5 液橋?qū)υ恿︼@微鏡成像質(zhì)量影響分析55-56
• 3.6 本章小結(jié)56-58
• 第四章 原子力顯微鏡微懸臂梁耗散能的實驗測量58-66
• 4.1 實驗?zāi)康?/span>58
• 4.2 實驗原理58-60
• 4.3 實驗設(shè)備60-62
• 4.4 實驗方法62
• 4.5 實驗結(jié)果與分析62-64
• 4.6 小結(jié)64-66
• 第五章 結(jié)論與展望66-68
• 5.1 結(jié)論66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻68-72
• 附錄72-78
• 附錄1 液橋面積的計算72
• 附錄Ⅱ 液橋體積的計算72-78
• 致謝78-80
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-82
• 作者與導(dǎo)師簡介82-83
• 附件83-84

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1 劉建林;;毛細彈性耦合現(xiàn)象實例[A];2010年第四屆微納米海峽兩岸科技暨納微米系統(tǒng)與加工制備中的力學(xué)問題研討會摘要集[C];2010年

2 趙爽;魏征;;AFM中液橋的圓弧近似討論[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

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1 羅佳;毛細力梯度表面上蒸發(fā)驅(qū)動的微流動實驗研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2010年

2 陳少勇;液橋形成與破碎的動力學(xué)過程研究[D];北京化工大學(xué);2015年

3 高世卿;微納米系統(tǒng)毛細相互作用的理論建模及應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2014年

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本文編號：844813