[發(fā)明專利]一種超聲激勵下納米材料表面力學參量表征的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510557625.2
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105182007B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張輝;張淑儀;范理
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: G01Q60/26
• 分類號: G01Q60/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種超聲激勵下納米材料表面力學參量表征的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，利用原子力顯微鏡檢測納米材料表面，通過超聲激勵納米材料表面使其產(chǎn)生相對于原子力顯微鏡的探針的表面切向位移；

步驟2，分別測量原子力顯微鏡的懸臂梁在線性和非線性條件下的扭轉(zhuǎn)振動信號，通過對信號進行傅里葉變換確定其扭轉(zhuǎn)基頻頻率；

步驟3，根據(jù)步驟1的超聲激勵納米材料表面的情況和步驟2的懸臂梁扭轉(zhuǎn)振動信號、扭轉(zhuǎn)基頻頻率建立探針與納米材料表面的摩擦力模型，進而得到探針與納米材料表面的摩擦力；

步驟4，利用小振幅超聲進行激勵，探針相對于納米材料表面的振動幅度較小，線性摩擦力等于探針與納米材料表面間的等效彈性系數(shù)與振動幅度的乘積，建立小振幅激勵的懸臂梁扭轉(zhuǎn)振動特征頻率方程；進而得到納米樣品表面的剪切模量、楊氏模量和泊松比；

步驟5，利用大振幅超聲進行激勵，探針相對于納米材料表面的振動幅度較大，根據(jù)步驟3所建立的摩擦力模型，利用諧波平衡法，懸臂梁在摩擦力模型求得的非線性摩擦力作用下，建立大振幅激勵的懸臂梁扭轉(zhuǎn)振動特征頻率方程；根據(jù)步驟步驟4得到的納米樣品表面的剪切模量、楊氏模量和泊松比，得到探針與納米材料表面間的等效彈性系數(shù)，結(jié)合在非線性摩擦力作用下通過步驟2測量得到的懸臂梁扭轉(zhuǎn)振動信號，利用大振幅激勵的懸臂梁扭轉(zhuǎn)振動特征頻率方程，得到探針與納米材料表面的閾值摩擦力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲激勵下納米材料表面力學參量表征的方法，其特征在于：所述步驟1中當利用小振幅超聲進行激勵時，探針在納米材料表面產(chǎn)生小位移的線性摩擦力，當利用大振幅超聲進行激勵時，探針在納米材料表面產(chǎn)生大位移的非線性摩擦力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲激勵下納米材料表面力學參量表征的方法，其特征在于：所述步驟2中的測量懸臂梁的非線性扭轉(zhuǎn)振動信號，可以采用光線反射偏轉(zhuǎn)方法，也可直接利用激光測振儀測量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲激勵下納米材料表面力學參量表征的方法，其特征在于：所述步驟3中探針在納米材料表面產(chǎn)生非線性摩擦力，摩擦力和位移描述為回滯曲線形式。