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AFM原位拉伸试验装置研制及试验研究

作　者: 周琴
导　师: 施平；闫永达
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 原子力显微镜薄膜力学试验拉伸试验
分类号: TH87
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 152次
引　用: 3次
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内容摘要

随着现代科学技术的发展,纳米复合材料、薄膜材料等在信息、光学、微电子、微制造和国家安全等领域有着广泛的应用前景,目前,已成为人们十分感兴趣的研究热点。纳米复合材料、薄膜材料由于其尺寸较小甚至为纳米级尺度,它们的微观特性与其宏观力学性能相比有着本质的区别。随着显微镜技术的发展,尤其是原子力显微镜(AFM)的诞生,使人们能够更直观的观察材料的微观形貌。经研究发现,材料的微观结构和其宏观力学行为有着十分密切的联系。然而,依靠目前的试验手段,很难同时获得材料的力学性能及其对应的微观形貌。针对上述存在问题,本文研制了一套基于原子力显微镜的原位拉伸试验装置,并利用此设备对材料的微观力学性能及其微观形貌进行了研究。具体研究内容如下:首先,设计了一套AFM原位拉伸试验装置,该装置包括拉伸力的测量装置和位移检测装置。其次,对AFM原位拉伸试验装置的电气控制系统及软件控制系统分别进行了设计。电气控制系统主要是由一套基于AFM原位拉伸试验系统的控制箱组成。软件控制系统主要采用VC进行编程,实现试样增量拉伸和数据采集的功能,从而实现对材料试样力学性能的测试。最后,通过对金属微粒(MP)磁带的拉伸试验,将其所得结论与相关资料进行对比研究。试验结果和数据分析表明,AFM原位拉伸试验装置能够测定材料的宏观力学行为,同时可以用AFM对材料试样拉伸过程的微观形貌进行研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 AFM 原位拉伸装置的研究现状  10-15
    1.2.1 传统拉伸试验装置的研究现状  10-11
    1.2.2 检测材料微观形貌的方法  11-12
    1.2.3 AFM 原位拉伸试验装置的研究现状  12-15
  1.3 本课题研究内容  15-17
第2章试验装置的设计  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 AFM 原位拉伸试验装置的设计  17-27
    2.2.1 双向微动工作台  20-24
    2.2.2 位移检测装置  24-25
    2.2.3 力测量装置  25-26
    2.2.4 试样支撑架  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章电气系统的设计  28-45
  3.1 引言  28
  3.2 控制电路的设计  28-39
    3.2.1 总体结构方案选择  28-29
    3.2.2 设计原理  29-32
    3.2.3 单片机控制器总体结构设计  32
    3.2.4 单片机主控制模块  32-33
    3.2.5 前置放大模块  33-35
    3.2.6 A/D 转换模块  35-36
    3.2.7 电机驱动模块  36-38
    3.2.8 光栅信号的读取  38-39
  3.3 控制器的软件设计  39-44
    3.3.1 软件设计思想  39-41
    3.3.2 上位机和下位机程序的设计  41-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章拉伸试验研究  45-52
  4.1 引言  45
  4.2 标定  45-46
    4.2.1 扫描质量的验证  45-46
    4.2.2 力的标定  46
  4.3 试样选择  46-47
  4.4 试验方法  47-48
  4.5 试验分析  48-51
  4.6 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-57
附录力的标定  57-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

AFM原位拉伸试验装置研制及试验研究

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