CSM 계기에서 Nano Tribometer를 사용하는 Microelectromechanical 시스템 (MEMS)를 위한 물자의 접착과 마찰 연구 결과

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배경

방법을 시험하십시오

구경측정 작의 방법을 강제하십시오

접착 측정

마찰력 측정

각측정속도 효력

상대 습도

결과

온도 효과

배경

규모 가늠자 감소로 MEMS 장치에 있는 양 비율에 큰 표면 때문에, 접착과 같은 해상부대 및 마찰은 점점 중요하게 되고 관성과 중력에 지배합니다. 이 약품은 통용되는 MEMS 구조상 물자의 선택에 CSM 계기에게서 Nano Tribometer로 한 측정에서 몇몇 결과를 제출합니다.

방법을 시험하십시오

반경 500 μm의 Si (100개의) 공을 사용하여 스테인리스 외팔보에 거치된 둥근 파트너로 수행되었습니다. 3개 견본 물자는 단 하나 결정 Si (100개의) 웨이퍼 (진한 액체로 처리되는 인), Si (100개의 (DLC)) 웨이퍼에 예금된) 간격 10 nm의 탄소 필름 다이아몬드 같이 a로 (이루어져 있었습니다 hexadecane 티올 (HDT)는 침수에 의해 (SAM) Au (111) /Si (100개의) 기질에 예금된 단층을 각자 소집하고.

군대 구경측정 작의 방법

접착성 군대는 주위 상태 (22°C 의 45% - 55%의 상대 습도)에서 스캐닝 군대 현미경 검사법에서 사용된 ` 군대 구경측정 작의와' 유사했던 기술을 사용하여 아주 방법 측정되었습니다 (SFM).

이것은 공을 통제되는 쪽에 있는 견본 물자와의 접촉으로 가져오고 접촉에 있는 표면을 한동안 지키는 이루어져 있습니다. 최대 군대, 필요한 것 접착성 군대로 위와 낮은 표면을 떼어놓기 위하여, 측정됩니다.

접착 측정

그런 접착 측정의 전형적인 보기는 Si (100개의) 공을 위한 FIG. 1에서 동일 물자의 평지와 접촉하여 보입니다. 공이 약간 나노미터 내의 견본에 fl에 (접근하기 때문에 점 아)는 2개의 표면 사이에서, 인력 존재합니다. 공은 견본으로 그러므로 당겨지고 접촉은 점 B.에 생깁니다. 견본 표면에 물 분자의 흡착은 또한, 근해 초승달 모양의 대형 때문에 이 소위 스넵 식을 가속할 수 있습니다. 이 시점에서부터, 공은 견본 표면과 접촉하여 이고, Z Piezo 더 연장하는 때, 외팔보는 더 빗나가게 됩니다. 이것은 곡선의 경사진 부분에 의해 나타납니다. 접착성 군대에 대한 시간 효력은 각종 기한 동안 그것의 최대 길이에 Z Piezo 유지해서 공부될 수 있습니다. 공은 지상에서 그 때 끌어 넣어진 대로 (점 C), 인력 때문에 영 편향도 (편평한) 선 저쪽에 갑니다. 이 현상은 장거리 초승달 모양 군대, van der Waals 군대 또는 정전기힘 때문입니다 할 수 있습니다. 점 D에, 공 스냅은 접착성 군대의 해방하고 자유 대기에 다시 있습니다.

AZoNano - A에서 나노 과학의 Z - Si (2 초의 나머지 시간을 가진에 100) fl를 접촉하는 Si (100개의) 공의 전형적인 접착 데이터. 공가 편향도는 시간 (a)의 기능으로 그리고 진지변환 (b)와 공의 공이 표면, 설치되는 접촉에 접근되는 때 음모를 꾸미고 그 후에 끌어 넣어집니다.

숫자 1.

AZoNano - A에서 나노 과학의 Z - 반경 500μm의 Si (100개의) 공을 가진 Si (100), DLC 및 HDT 표면에 하는 측정을 위한 적용되는 수직 하중의 기능으로 마찰력의 변이. 1000μm의 720μms-1와 미끄러지 진폭의 미끄럼 속도는 선형 보답 최빈값에서 사용되었습니다.

숫자 2.와 미끄러지는는 것은 1000μm의 진폭을 선형 보답 최빈값에서 이용되었습니다.

마찰력 측정

쓸림힘은 2500μN에 범위 100에 있는 적용되는 수직 하중을 가진 선형 보답 최빈값에 있는 계기를 (핀 에 디스크 최빈값과 반대로) 사용해서 측정되었습니다. 마찰의 계수의 평균값은 수직 하중의 기능으로 쓸림힘을 측정해서 장악되고 재현성은 ± 5% 가운데 있기 위하여 찾아냈습니다. 몇몇 전형적인 결과는 FIG. 2에서 모든 3개 견본은 측정한 짐 범위에 선형 반응을 전시한다는 것을 보일 수 있는 곳에 요약됩니다. 마찰의 계수는 뒤에 오는 순서 대로 산출되고 평가되었습니다: μSi (0.47) > μDLC (0.19) > μHDT (0.15). 이것은 DLC와 HDT의 얇은 층이 MEMS 장치에 있는 Si 물자를 위해 효과적인 윤활유로 이용될 수 있다는 것을 확인했습니다.

각측정속도 효력

각측정속도의 효력은 50에서 2200μms에 각측정속도를 가진 쓸림힘을 측정해서 조사되었습니다. 모든 시험은 2000μN의 수직 하중에 주위 상태에서 실행되었습니다. 결과는 FIG. 3 (a)에서 각측정속도는 거의 가지고 있다 보이는 하는 동안 보이고 평형이 생길 때까지 Si (100)를 위해, 처음에 마찰력 감소 표시합니다, DLC와 HDT.For Si (100)의 마찰 속성에 대한 아무 효력도, 높은 각측정속도에, 근해 초승달 모양 부서지지 않 리빌드하는 충분한 시간이 없습니다. Tribochemical 반응은 또한 중요한 역할을 하고 생각되 SiO 천연 산화물이 물 분자와 상호 작용하기 때문에, 미끄러지기 도중 제거되고 지속적으로 보충되는 Si (OH)를 생성하기. 이 Si (OH)층은 낮은 전단 강도의 이기 위하여 알려집니다. 다른 한편으로는, DLC와 HDT 표면은 소수성 속성을 전시하고 주위 조건에 있는서만 약간 물 분자를 흡수할 수 있습니다 그래서 마찰력은 미끄러지는 각측정속도에 의해 현저하게 좌우되지 않습니다.

AZoNano - A에서 나노 과학의 Z - Si (100), DLC 및 HDT의 마찰력에 (a) 미끄러지는 각측정속도의 영향을, (b) 상대 습도 및 (c) 온도 보여주는 실험적인 결과.

숫자 3.

상대 습도

상대 습도의 효력은 건조하고 축축한 공기의 혼합물을 소개해서 조사되었습니다. 습도는 5%에서 65%까지 온도, 수직 하중 및 스캐닝 각측정속도가 각각 22°C, 2000μN 및 720의 μms에 유지되는 동안 그러므로 변화될 수 있었습니다.

결과

결과는 FIG. 3 (b)에서 보이고 Si (100)를 위해, 45%까지 상대 습도 증가를 가진 마찰력 증가가 그러나 다른 한편으로는 상대 습도에 있는 점진적 증가를 가진 경미한 감소를 보여준다는 것을 보일 수 있습니다. 습도에는 DLC HDT의 마찰 속성에 어떤 영향도 있지 않는 것을 보였습니다. Si (100)의 경우에, 45%까지 습도에 있는 처음 증가는 마찰에 있는 증가로 이끌어 내는 더 큰 근해 초승달 모양을 형성하는 추가 흡착된 물 분자를 일으키는 원인이 됩니다. 그러나 아주 고습도 (65%)에, 대량 그 같은 분자는 공과 견본 표면을 분리하는 마찰에 있는 감소를 일으키는 원인이 되는 윤활유 층을 만드는 지속적인 근해 층을 형성할 수 있습니다.

온도 효과

tribological 접촉의 온도는 125°C까지 25°C에서 하는 동안 변화되 상대 습도, 수직 하중을 유지하고 각측정속도를 45%-55%, 2000μN 및 720의 μms에 검사하-1

결과는 50°C의 위 온도, 온도 원인에 있는 증가에 Si (100)를 위한 마찰에 있는 중요한 감소 및 DLC의 경우에 경미한 감소 FIG. 3 (c) 쇼에서 제출했습니다. HDT는 시험된 범위에 온도에 있는 변경에 의해 좌우되지 않는 것을 보입니다. 고열에, 근해의 탈착과 표면 장력의 감소는 Si (100)와 DLC의 마찰력에 있는 감소로 이끌어 냅니다. 그러나, HDT의 경우에, 약간 물 분자만 표면에 흡착됩니다 그래서 전술하는 기계장치는 중요한 영향을 발휘하지 않으며 이렇게 HDT는 어떤 온도 변화든지에 의하여 꾸밈없 보입니다.

근원: CSM 계기

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Date Added: Dec 12, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 12:44

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