美国布朗大学研发新的黏附力测量方法_BB贝博艾弗森官方网站

本文摘要：据麦姆斯咨询报导，BrownUniversity（美国布朗大学）的研究人员设计出有了一种测量微表面黏附力的新方法。

据麦姆斯咨询报导，BrownUniversity（美国布朗大学）的研究人员设计出有了一种测量微表面黏附力的新方法。该研究成果刊出于近期的《ProceedingsoftheRoyalSocietyA》，或将有助包括微型运动部件的MEMS器件的设计和生产。对于桥梁和建筑，工程结构必须考量的最重要的力是重力。

但对于MEMS（微机电系统，例如智能手机和健美跟踪设备中用于的微型加速度计等）这种尺寸级别的器件，重力的影响比较较小，而材料间的黏附力则显得更为最重要。“在微观尺寸上最主要的问题是哪些部件不会互相粘附，”布朗大学工程学院助理教授、本研究联合作者HaneeshKesari说道，“如果器件中两个不应当粘附在一起的结构，因为黏附力融合在一起了，那这个器件就无法长时间工作。因此为了更佳地设计MEMS器件，必须一种更佳的方法来测量所用于材料的黏附力。”这就是Kesari及布朗大学两位研究生WenqiangFang和JoyceMok期望在本研究中解决问题的问题。

具体地说道，他们期望可以精确测量“黏附力”的大小，亦即分离两个粘附表面所必须的能量。这项新的研究研发的核心理论是利用微型悬臂梁的热振动来计算出来黏附力，并明确提出了一种测量方法，利用稍作改良的原子力显微镜（AFM）系统来观测微表面黏附力的涉及性质。原子力显微镜的原理示意图标准的AFM系统在运营时有些类似于复古的唱片机，利用一端具备微小针尖的微悬臂落下目标材料，通过检测针尖和目标材料表面之间微小的原子间相互作用力的变化，可以取得作用力的产于信息，从而可以更进一步研究材料的表面性质。利用这一方法来测量黏附力，如下图右图，只需非常简单地把悬臂上的微小针尖去除，然后将光滑的微悬臂减少，附近目标材料，使微悬臂和目标材料认识。

当微悬臂严重抱住时，悬臂和目标材料不会渐渐分离出来，但仍有部分不会维持黏着。而在此过程中，悬臂非黏着的部分不会再次发生十分严重的振动。研究人员寻找了一种有效地的方法，利用AFM激光器来观测振动的幅度，计算出来非黏着部分的长度，然后利用它来更进一步计算出来目标材料的黏附力。

“通过稍作改动，一台原子力显微镜就能用作测量微小材料的黏附力，”本研究联合作者Fang说道，“该技术或能用作评估新材料涂层或表面结构的黏附力，以减少MEMS器件由于粘附而导致的过热问题。”“如果能享有一种平稳可信的方法来测量材料的黏附力，那么我们可以系统地评估那些方案，取得特定应用于所必须的黏附力，”Fang补足说道，“该测量方法的主要优势是我们不必须对标准的AFM设备做到大幅度改动，之后能已完成黏附力的测量。

”MoK补足说道：“该测量方法也比其它方案要简单的多。”“之前基于干预测量的方案较为花费人力，有可能还必须很多的数据点收集，”她说道，“而根据我们的理论，仅有须要一步测量之后能获得黏附力结果。”布朗大学的研究人员用数据展出了这项研究成果，相提并论下一步研究将打造出一款系统，搜集更好的实验数据。

他们期望该系统需要有效地推展MEMS领域的发展。“我们早已研发出有了较成熟期的MEMS加速度计和陀螺仪，但是，我指出该领域还有相当大的发展空间，”Kesari说道，“部分原因乃是我们还没几乎理解微观尺度的粘附问题。

我们指出更加可信地黏附力测量方法，是更进一步研究微观尺寸粘附问题的先决条件。

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