在 Nanolevel 的评定的摩擦与 “尺蠖” - 新产品

创建足够小的工具评定在一个微电动机械的系统 (MEMS) 设备的摩擦不是一项容易的任务。 工具必须是关于人发的宽度。

然而 的研究员在国家核证券管理的 Sandia 国家实验室发展了提供关于摩擦的详细信息在这个微小等级的一台新的 “尺蠖”致动器仪器。

这个项目的主要目的将学习 Amonton 的法律正确性在这个微小等级。 此法律,首先指明 300 年前,说摩擦力与简正力量 (正常平均值是按比例垂直对表面)。 虽然它今天保持摩擦的一个好说明,有从 Amonton 的法律的有趣偏差,特别是在低简正力量,在二表面之间的黏附力认为贡献额外的强制。 由于在这个微小等级的大表面对数量比例,这些黏着力能导致从 Amonton 的法律的严格的偏差。

“我们必须实现在一个设备的几个不同的功能学习摩擦法律在这个微小等级”,研究员和尺蠖创建者马尔滕 de Boer 说 Sandia。 “我们需要编译 controllably 和准确地生成非常低和非常强强制的致动器”。

需要垂直地应用这些强制,并且正切地测试 Amonton 的法律正确性在一个宽强制范围的,他说。 另一个目标是看见摩擦评定是否可能描述设备的实际运算。

并行牌照在 MEMS 容易地被制造,并且可以使用得到大简正力量。 然而,常规 MEMS 切向力致动器,叫作梳子驱动器,只提供切向力 10 micronewtons。 De Boer 要达到强制 millinewtons 并且采取一个机械放大作用模式。

“我们可以弯曲牌照转换简正力量成切向力”,他说。 这只尺蠖有该一个强制放大的牌照范围二摩擦钳位。 当 “移动”,其步长是非常小的时,大约 40 毫微米,但是其跨步循环可以多次被重复。

De Boer 和 Sandia 博士后亚历克斯 Corwin 开发一个评定方法确认这只尺蠖运行在 80,000 个循环每秒钟,与速度 3 毫米每秒。

这只尺蠖开发的强制通过附有它评定有一个特殊非线性特性 - 的负荷弹簧为每个步骤这只尺蠖比它在这个早先步骤更走,强制增量执行。 2.5 millinewtons 最大切向力比梳子驱动器达到,当尺蠖停转,大约 250 倍更多强制。

到目前为止这描述尺蠖的能力移动和提供强制。 但是 de Boer 问这个问题: 这只尺蠖如何提供关于摩擦的信息?

要确定系数静态摩擦,这只尺蠖走长途大约非线性负荷弹簧的 20 个测微表。 然后,在一钳位的大电压拿着它到位。 逐渐然后减少此电压,减少摩擦力它可能持续。 在有些点,负荷弹簧解决该摩擦力,并且这只尺蠖今后下滑一个短的距离 (几个测微表),直到负荷弹簧强制足够减少它再终止。 此评定现在被重复,并且下个评定在更低的负荷由于负荷弹簧的非线形性。 现在, Amonton 的法律可以被学习在一个宽强制范围。

从事与鲍伯 Ashurst,加州大学,伯克利, de Boer 发现摩擦力取决于从 1 millinewton 的简正力量下来对正常负载一样小象 50 micronewtons,与 Amonton 的法律符合。 更加进一步的 Corwin 减少了负荷并且发现系数静态摩擦开始增加。 这是从 Amonton 的法律的偏差由于黏着力, de Boer 说。

De Boer 和 Corwin 也映射了一个方式评定动态摩擦,占摩擦力在惯性力、航空减振力和弹簧强制面前。 这个结果是动态摩擦是大约 80% 的静态摩擦。

张贴 2004年th 3月 25日

Date Added: Apr 1, 2004 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 12. June 2013 15:31

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