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微纳米尺度下的粘着问题

作　者: 何孟夫
导　师: 赵军；魏征
学　校: 北京化工大学
专　业: 工程力学
关键词: 粘着滞后粗糙度粘着数液桥表面张力原子力显微镜
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

粘着在微纳米机电系统(MEMS)、扫描探针显微镜测量(SPM)、纳米操纵、纳米摩擦学、纳米磨损以及一些其他相关领域中有着非常重要的影响。由于MEMS/NEMS结构的表面积对体积之比(表体比)是非常巨大的,粘着是限制许多MEMS/NEMS器件广泛使用主要因素。正是由于这个原因,粘着现象在MEMS领域粘着受到很大的关注。粘着滞后现象被定义为两个表面分离所需要的过程要不同于起初使两个表面粘合到一起的过程。粘着滞后是大多数表面／表面之间相互作用存在的普遍现象。本文主要从表面粗糙度对粘着滞后的影响和原子力显微镜中液桥的热力学分析两个方面出发,揭示粘着滞后的影响因素。在本文假定模型中,表面粗糙度分布为高斯分布。由Fuller模型的数值模拟表明,粘着滞后与无量纲数有关——粘着数。粘着数,代表了表面粗糙度中较高的部分试图分离表面时产生的压缩力与在较低的部分吸附表面使表面粘合的粘附力之比。通过使用Fuller和Tabor的分析,可以获得加载和卸载轨迹。并从中可以得到,粘着滞后由粘着参数、峰的高度的离散分布情况和一个峰在它离开其他表面接触之前的所保持的弹性延伸量共同决定。最后,基于热力学方法,通过假设定容条件(小球与平板接触,AFM模型),可以得到毛细力的变化公式,并得出,随着针尖与平板距离的增加,液桥温度将会下降。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-29
  1.1 课题来源项目名称  14
  1.2 引言  14-18
  1.3 关于表面力的基本概念  18-19
  1.4 微纳尺度粘着接触、粘着接触滞后问题的发展和现状  19-27
    1.4.1 传统的接触理论——HERTZ模型  20-21
    1.4.2 微纳尺度下的粘着弹性接触模型  21-22
    1.4.3 Bradley模型  22
    1.4.4 DMT(Derjaguin-Muller-Toporov)粘着接触模型  22-23
    1.4.5 JKR(Johnson-Kendall-Roberts)粘着接触模型  23-24
    1.4.6 M-D粘着接触模型  24-27
  1.5 微接触下的液桥理论  27-28
  1.6 本论文的主要工作  28-29
第二章粗糙度对粘着滞后的影响  29-44
  2.1 引言  29
  2.2 JKR(Johnson-Kendall-Roberts)粘着接触模型  29-30
  2.3 粘着力与分离接触半径  30-33
    2.3.1 各模型的比较  31-32
    2.3.2 各微尺度模型的适用范围——粘着图  32-33
  2.4 粗糙度影响下的粘着滞后  33-43
  2.5 结论  43-44
第三章热力学原理下液桥的能量方程  44-61
  3.1 引言  44-46
  3.2 液桥的粘着弹性接触模型  46-48
  3.3 热力学原理下的液桥理论  48-52
  3.4 热力学原理下的液桥能量方程  52-54
  3.5 定容条件下的能量平衡方程  54-60
  3.6 小结  60-61
第四章结论与展望  61-63
参考文献  63-67
附录  67-69
致谢  69-70
研究成果及发表的学术论文  70-71
作者简介  71-72
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  72-73

微纳米尺度下的粘着问题

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