材料的黏附力和摩擦研究微電動機械的系統的 (MEMS) 使用從 CSM 儀器的納諾 Tribometer

包括的事宜

背景

測試方法

強制定標劇情方法

黏附力評定

摩擦力評定

速度作用

相對濕度

結果

溫度效應

背景

由於對數量比例的大表面在 MEMS 設備作為範圍縮放比例減少,地面部隊例如黏附力和摩擦變得越來越重要并且控制在慣性和引力。 此條款存在從用納諾 Tribometer 做的評定的有些結果由 CSM 儀器在常用的 MEMS 結構上的材料的選擇。

測試方法

測試執行使用半徑 500 μm Si (100 個) 球作為在一個不鏽鋼懸臂掛接的這個球狀合作夥伴。 三範例材料包括了單一水晶 Si (100 個) 薄酥餅 (被摻雜的亞磷),厚度 10 毫微米 (DLC)一部像鑽石般的碳影片 (存款在 Si (100 個) 薄酥餅),并且十六烷硫烴 (HDT) 自彙編了在 (SAM)澳大利亞 (111 个) /Si (100 個) 基體存款的單層由浸沒。

強制定標劇情方法

黏著力在四周情況 (22°C,相對濕度被評定了 45% - 55%) 使用技術非常相似與在掃描強制顯微學的 ` 強制定標劇情』使用的方法 (SFM)。

這包括帶領這個球進入與範例材料的聯絡用一個受控方式和一段時間保留表面在聯絡。 最大強制,需要撕開上面和較低表面,被評定作為黏著力。

黏附力評定

這樣黏附力評定的一個典型的示例在 Si (100 個) 球的圖 1 顯示與同一材料的艙內甲板聯繫。 因為這個球處理這个 fl在一些毫微米內的範例 (點 A),一種吸引力存在二表面之間。 因此這個球被拉往這個範例,并且聯絡發生在點 B。 水分子的吸附在範例表面的可能也加速此所謂卡扣式,由於水半月板的形成。 從這時起,這個球是與範例表面聯繫,并且,當 Z 壓力進一步延伸,懸臂進一步偏轉。 這由曲線的傾斜的部分表示。 對黏著力的時間作用可以通過維護 Z 壓力學習在其最大長度多種時間期。 這個球從表面然後被縮回 (點 C),它超出零偏轉 (平面的) 線路範圍由於這種吸引力。 此現象可以歸結於遠程半月板強制、 van der Waals 強制或者靜電力。 在點 D,球短冷期免於黏著力并且再在露空。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 典型的黏附力數據為與 Si (100) fl 聯繫的 Si (100 個) 球在與 2 秒的休息時間。 懸臂式偏折被密謀作為時間 (a) 功能和位移 (b),當這個球處理對表面,被設立的聯絡和這個球然後被縮回。

圖 1。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 摩擦力的差異作為應用的正常負載功能的在與 Si (100 個) 球的 Si (100), DLC 和 HDT 表面做的評定的半徑 500μm。 720μms-1 和下滑高度的一張滑動速度 1000μm 用於這個線性交換的模式。

圖 2. 和下跌高度 1000μm 用於這個線性交換的模式。

摩擦力評定

摩擦力在線性交換的模式下被評定了通過使用儀器 (與針在盤模式相對) 與應用的正常負載在對 2500μN 的範圍 100。 摩擦系數的平均值通過評定摩擦力得到作為正常負載功能,并且發現增殖率在 ± 5% 內。 一些典型的結果在圖 2 被總結能被看見的地方全部三個範例陳列在被評定的負荷範圍的一種線性回應。 摩擦系數在這個下列順序被計算了并且排列了: μSi (0.47) > μDLC (0.19) > μHDT (0.15)。 這確認 DLC 和 HDT 薄層可以使用作為有效潤滑劑為 Si 材料在 MEMS 設備。

速度作用

速度的作用通過評定與速度的摩擦力調查從 50 到 2200μms。 所有測試在 2000μN 正常負載的一個四周情況進行了。 結果在圖 3 (a) 顯示并且表明為 Si (100),最初摩擦力減少,直到平衡發生,看起來速度幾乎有對摩擦屬性的作用 DLC 和 HDT.For Si (100),在高速度,水半月板不是殘破的,并且沒有足够的時間重建。 Tribochemical 回應也認為扮演一個重要角色,因為 SiO 當地氧化物與水分子配合生產在下滑期間,被去除和不斷地被重新補充的 Si (OH)。 此 Si (OH)層知道是低切變強度。 另一方面, DLC 和 HDT 表面陳列疏水屬性,并且可能只吸收在四周情況的一些個水分子,因此下滑的速度沒有顯著影響摩擦力。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 顯示 (a) 下滑的速度的影響的實驗結果, (b) 相對濕度和 (c) 溫度對 Si (100), DLC 和 HDT 摩擦力。

圖 3。

相對濕度

相對濕度的作用通過介紹乾燥和潮濕航空混合物調查。 當溫度、正常負載和掃描速度被維護了在各自時, 22°C、 2000μN 和 720 μms 因此濕氣可能從 5% 變化到 65%。

結果

結果在圖 3 (b) 顯示,并且能被看見為 Si (100) 另一方面,與一個相對濕度增量的摩擦力增量至 45%,但是顯示與進一步增加的輕微的減少在相對濕度。 濕氣似乎沒有對 DLC 或 HDT 摩擦屬性的任何影響。 一旦 Si (100),在濕氣的最初的增量至 45% 導致形成更大的水半月板導致在摩擦的一個增量的更多被吸附的水分子。 但是在非常高濕度 (65%),很大數量的這樣分子可能形成分隔球和範例表面的一塊持續水層,創建導致在摩擦的減少的潤滑劑層。

溫度效應

摩擦學的聯絡的溫度從 25°C 變化至 125°C,維護相對濕度,正常負載和瀏覽速度在 45%-55%, 2000μN 和 720 μms-1

結果在 50°C 上的溫度,在溫度原因的一個增量在摩擦的重大的減少 Si 的圖 3 (c) 顯示存在了 (100) 和一旦 DLC 的輕微的減少。 HDT 似乎不被在溫度上的變化影響在被測試的這個範圍。 在高溫,水的表面張力的解吸附作用和減少導致在 Si (100) 和 DLC 摩擦力的減少。 然而,一旦 HDT,仅一些個水分子在表面被吸附,因此上述結構不產生重大的影響,并且 HDT 因而似乎未受影響由所有溫度變化。

來源: CSM 儀器

關於此來源的更多信息请請參觀 CSM 儀器

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

Last Update: 13. June 2013 12:29

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