材料的黏附力和摩擦研究微电动机械的系统的 (MEMS) 使用从 CSM 仪器的纳诺 Tribometer

包括的事宜

背景

测试方法

强制定标剧情方法

黏附力评定

摩擦力评定

速度作用

相对湿度

结果

温度效应

背景

由于对数量比例的大表面在 MEMS 设备作为范围缩放比例减少,地面部队例如黏附力和摩擦变得越来越重要并且控制在惯性和引力。 此条款存在从用纳诺 Tribometer 做的评定的有些结果由 CSM 仪器在常用的 MEMS 结构上的材料的选择。

测试方法

测试执行使用半径 500 μm Si (100 个) 球作为在一个不锈钢悬臂挂接的这个球状合作伙伴。 三范例材料包括了单一水晶 Si (100 个) 薄酥饼 (被掺杂的亚磷),厚度 10 毫微米 (DLC)一部象钻石般的碳影片 (存款在 Si (100 个) 薄酥饼),并且十六烷硫烃 (HDT) 自汇编了在 (SAM)澳大利亚 (111 个) /Si (100 个) 基体存款的单层由浸没。

强制定标剧情方法

黏着力在四周情况 (22°C,相对湿度被评定了 45% - 55%) 使用技术非常相似与在扫描强制显微学的 ` 强制定标剧情’使用的方法 (SFM)。

这包括带领这个球进入与范例材料的联络用一个受控方式和一段时间保留表面在联络。 最大强制,需要撕开上面和较低表面,被评定作为黏着力。

黏附力评定

这样黏附力评定的一个典型的示例在 Si (100 个) 球的图 1 显示与同一材料的舱内甲板联系。 因为这个球处理这个 fl在一些毫微米内的范例 (点 A),一种吸引力存在二表面之间。 因此这个球被拉往这个范例,并且联络发生在点 B。 水分子的吸附在范例表面的可能也加速此所谓卡扣式,由于水半月板的形成。 从这时起,这个球是与范例表面联系,并且,当 Z 压力进一步延伸,悬臂进一步偏转。 这由曲线的倾斜的部分表示。 对黏着力的时间作用可以通过维护 Z 压力学习在其最大长度多种时间期。 这个球从表面然后被缩回 (点 C),它超出零偏转 (平面的) 线路范围由于这种吸引力。 此现象可以归结于远程半月板强制、 van der Waals 强制或者静电力。 在点 D,球短冷期免于黏着力并且再在露空。

AZoNano - 纳米技术 A 到 Z - 典型的黏附力数据为与 Si (100) fl 联系的 Si (100 个) 球在与 2 秒的休息时间。 悬臂式偏折被密谋作为时间 (a) 功能和位移 (b),当这个球处理对表面,被设立的联络和这个球然后被缩回。

图 1。

AZoNano - 纳米技术 A 到 Z - 摩擦力的差异作为应用的正常负载功能的在与 Si (100 个) 球的 Si (100), DLC 和 HDT 表面做的评定的半径 500μm。 720μms-1 和下滑高度的一张滑动速度 1000μm 用于这个线性交换的模式。

图 2. 和下跌高度 1000μm 用于这个线性交换的模式。

摩擦力评定

摩擦力在线性交换的模式下被评定了通过使用仪器 (与针在盘模式相对) 与应用的正常负载在对 2500μN 的范围 100。 摩擦系数的平均值通过评定摩擦力得到作为正常负载功能,并且发现增殖率在 ± 5% 内。 一些典型的结果在图 2 被总结能被看见的地方全部三个范例陈列在被评定的负荷范围的一种线性回应。 摩擦系数在这个下列顺序被计算了并且排列了: μSi (0.47) > μDLC (0.19) > μHDT (0.15)。 这确认 DLC 和 HDT 薄层可以使用作为有效润滑剂为 Si 材料在 MEMS 设备。

速度作用

速度的作用通过评定与速度的摩擦力调查从 50 到 2200μms。 所有测试在 2000μN 正常负载的一个四周情况进行了。 结果在图 3 (a) 显示并且表明为 Si (100),最初摩擦力减少,直到平衡发生,看起来速度几乎有对摩擦属性的作用 DLC 和 HDT.For Si (100),在高速度,水半月板不是残破的,并且没有足够的时间重建。 Tribochemical 回应也认为扮演一个重要角色,因为 SiO 当地氧化物与水分子配合生产在下滑期间,被去除和不断地被重新补充的 Si (OH)。 此 Si (OH)层知道是低切变强度。 另一方面, DLC 和 HDT 表面陈列疏水属性,并且可能只吸收在四周情况的一些个水分子,因此下滑的速度没有显著影响摩擦力。

AZoNano - 纳米技术 A 到 Z - 显示 (a) 下滑的速度的影响的实验结果, (b) 相对湿度和 (c) 温度对 Si (100), DLC 和 HDT 摩擦力。

图 3。

相对湿度

相对湿度的作用通过介绍干燥和潮湿航空混合物调查。 当温度、正常负载和扫描速度被维护了在各自时, 22°C、 2000μN 和 720 μms 因此湿气可能从 5% 变化到 65%。

结果

结果在图 3 (b) 显示,并且能被看见为 Si (100) 另一方面,与一个相对湿度增量的摩擦力增量至 45%,但是显示与进一步增加的轻微的减少在相对湿度。 湿气似乎没有对 DLC 或 HDT 摩擦属性的任何影响。 一旦 Si (100),在湿气的最初的增量至 45% 导致形成更大的水半月板导致在摩擦的一个增量的更多被吸附的水分子。 但是在非常高湿度 (65%),很大数量的这样分子可能形成分隔球和范例表面的一块持续水层,创建导致在摩擦的减少的润滑剂层。

温度效应

摩擦学的联络的温度从 25°C 变化至 125°C,维护相对湿度,正常负载和浏览速度在 45%-55%, 2000μN 和 720 μms-1

结果在 50°C 上的温度,在温度原因的一个增量在摩擦的重大的减少 Si 的图 3 (c) 显示存在了 (100) 和一旦 DLC 的轻微的减少。 HDT 似乎不被在温度上的变化影响在被测试的这个范围。 在高温,水的表面张力的解吸附作用和减少导致在 Si (100) 和 DLC 摩擦力的减少。 然而,一旦 HDT,仅一些个水分子在表面被吸附,因此上述结构不产生重大的影响,并且 HDT 因而似乎未受影响由所有温度变化。

来源: CSM 仪器

关于此来源的更多信息请参观 CSM 仪器

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

Last Update: 13. June 2013 12:26

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