Изучения Прилипания И Трения Материалов Для Microelectromechanical Систем (MEMS) Используя Nano Tribometer От Аппаратур CSM

Покрытые Темы

Предпосылка

Испытайте Метод

Принудьте Метод Графика Тарировки

Измерение Прилипания

Измерения Усилия Трением

Влияния Скорости

Относительная Влажность

Результаты

Влияния Температуры

Предпосылка

Из-за большой поверхностной зоны к коэффициенту тома в приборах MEMS как уменшения маштаба размера, поверхностные усилия как прилипание и трение будут все больше и больше критическими и преобладают над инерциальным и силами гравитации. Эта статья представляет некоторые результаты от измерений сделанных с Nano Tribometer от Аппаратур CSM на выборе обыкновенно используемых материалов MEMS структурных.

Испытайте Метод

Испытания были выполнены используя 100) шариков Si (μm радиуса 500 как сферически соучастник установленный на cantilever нержавеющей стали. 3 материала образца состояли из 100) вафель одиночн-Кристл Si ((данного допинг фосфористого), a диамант-как фильм (DLC) углерода толщины 10 nm (депозированного на (100) вафлях) Si и тиол гексадекана (HDT) собственн-собрал монослой (SAM) депозированный на 111) /Si (100) субстратах Au (погружением.

Метод Графика Тарировки Усилия

Силы адгезии были измерены в внешних условиях (22°C, относительной влажности 45% - 55%) используя метод очень подобный к метод графику тарировки усилия `' используемый в Микроскопии Усилия Скеннирования (SFM).

Это состоит из касаться друг друга шарик с материалом образца в контролируемом путе и держаться поверхности в контакте на период времени. Максимальное усилие, необходимые вытянуть верхние и нижние поверхности врозь, измерены как сила адгезии.

Измерение Прилипания

Типичный пример такого измерения прилипания показан в FIG. 1 для 100) шариков Si (в контакте с квартирой такого же материала. По Мере Того Как шарик причаливает fl на образце в пределах немного нанометров (укажите A), привлекательное усилие существует между 2 поверхностями. Шарик поэтому вытягиван к образцу и контакт происходит на B. пункта. Адсорбция молекул воды на поверхности образца может также ускорить ход этого так называемого кнопк-в, должно к образованию мениска воды. От этого пункта дальше, шарик в контакте с поверхностью образца, и по мере того как Z-Piezo удлиняет более далее, cantilever более добавочно отклонен. Это представлено склоняемой частью кривого. Влияния времени на силе адгезии могут быть изучены путем поддержание Z-Piezo на своей максимальной длине на различные периоды времени. По Мере Того Как шарик после этого втягиван от поверхности (пункта C), он идет за линией zero отклонения (плоской) должной к привлекательному усилию. Это явление может быть должно к длиннорейсовому усилию мениска, усилию фургона der Waals или силе электростатического поля. На этап D, кнопки шарика освобождают сил адгезии и снова в свободном воздухе.

AZoNano - A к Z Нанотехнологии - Типичные данные по прилипания для 100) шариков Si (контактируя Si (100) fl на с времени остальных 2 секунд. Консольное отклонение прокладывать курс как функция времени (a) и смещения (b) по мере того как шарик причален к поверхности, установленный контакт и шарик тогда втягивано.

Диаграмма 1.

AZoNano - A к Z Нанотехнологии - Изменение усилия трением как функция прикладной нормальной нагрузки для измерений сделанных на поверхностях Si (100), DLC и HDT с 100) шариками Si (радиуса 500μm. Сползая скорость амплитуды 720μms-1 и сползать 1000μm была использована в линейном reciprocating режиме.

Диаграмма 2. и сползать амплитуда 1000μm была использована в линейном reciprocating режиме.

Измерения Усилия Трением

Frictional усилия были измерены путем использовать аппаратуру в линейном reciprocating режиме (в отличие от режима штыр-на-диска) с прикладной нормальными нагрузками в границах 100 к 2500μN. Средние величины коэффициента трения были получены путем измерять frictional усилие как функция нормальной нагрузки а была найдены, что находилась воспроизводимость внутри ± 5%. Некоторые типичные результаты суммированы в FIG. 2 где его можно увидеть что все 3 образца показывают линейную реакцию над измеренной нагруженной областью. Коэффициенты трения были высчитаны и были выстроены в ряд в следующем заказе: μSi (0,47) > μDLC (0,19) > μHDT (0,15). Это подтвердило что тонкие слои DLC и HDT можно использовать как эффективные смазки для материалов Si в приборах MEMS.

Влияния Скорости

Влияния скорости были расследованы путем измерять frictional усилие с скоростями от 50 к 2200μms. Все испытания были унесены в окружающем состоянии на нормальной нагрузке 2000μN. Результаты показаны в FIG. 3 (a) и показывают что для Si (100), трением усилия уменшения первоначально до тех пор пока уравновешение не будет происходить, пока оно кажется что скорость имеет почти никакое влияние на свойствах трением DLC и HDT.For Si (100), на высокой скорости, мениск воды не сломленно и не имеет достаточное время восстановить. Подуманы, что играют Tribochemical реакции также важную роль, по мере того как окись SiO родная взаимодействует с молекулами воды производящ Si (OH) который извлекается и непрерывно пополнен во время сползать. Знаны, что будет Этот слойSi (OH) низкой прочности на сдвиг. С другой стороны, поверхности DLC и HDT показывают гидродобные свойства и могут только поглотить немного молекул воды в внешних условиях поэтому усилие трением значительно не повлияно на сползая скоростью.

AZoNano - A к Z Нанотехнологии - Экспириментально результаты показывая влияние (a) сползать скорость, (b) относительная влажность и температура (c) на усилии трением Si (100), DLC и HDT.

Диаграмма 3.

Относительная Влажность

Влияния относительной влажности были расследованы путем вводить смесь сухого и влажного воздуха. Влажность смогла поэтому быть поменяна от 5% до 65% пока температура, нормальная нагрузка и скорость скеннирования были поддержаны на 22°C, 2000μN и 720 μms соответственно.

Результаты

Результаты показаны в FIG. 3 (b) и оно можно увидеть что для Si (100), увеличения усилия трением с увеличением относительной влажности до 45% но с другой стороны показывают небольшое уменшение с дальнейшим увеличением в относительной влажности. Показалось, что имела влажность никакое влияние на свойствах трением DLC или HDT. В случае Si (100), начальное увеличение в влажности до 45% причиняет больше молекул адсорбированной воды которые формируют более большой мениск воды который водит к увеличению в трении. Но на очень высокой влажности (65%), большое количество таких молекул могут сформировать непрерывный слой воды который отделяет поверхности шарика и образца, создавая слой смазки который причиняет уменшение в трении.

Влияния Температуры

Температура tribological контакта была поменяна от 25°C до 125°C пока поддерживающ относительную влажность, нормальную нагрузку и просматривающ скорость на 45%-55%, 2000μN и 720 μms-1

Результаты представили в FIG. 3 выставке (c) которое на температурах над 50°C, увеличении в причинах температуры значительно уменшение в трении для Si (100) и небольшое уменшение в случае DLC. Кажется, что повлиян на HDT изменениями в температуре над испытанным рядом. В условиях высоких температур, десорбция воды и уменьшение поверхностного натяжения водят к уменшению в усилиях трением Si (100) и DLC. Однако, в случае HDT, только немного молекул воды адсорбированы на поверхности поэтому вышесказанные механизмы не прилагают значительно влияние и таким образом HDT кажется без изменений любым изменением температуры.

Источник: Аппаратуры CSM

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Аппаратуры CSM

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

Last Update: 13. June 2013 12:54

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit