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考虑中性层位置变化的微悬臂梁气体传感器静态模型的分析被引量：2: 2012年; 微悬臂梁是一种高灵敏度的生化传感器.论文考虑吸附表面应力引起的中性层位置的变化,采用能量法建立了微悬臂梁在单层分子吸附稳定后的静态弯曲模型,并以表面吸附有水蒸汽分子的微悬臂梁为例,研究了微悬臂梁曲率半径随其厚度、杨氏模量及吸附分子间距的变化规律以及中性层位置变化对微悬臂梁传感器性能预测的影响,结果发现:(1)微悬臂梁的曲率半径与其杨氏模量、厚度及吸附分子间距之间可以近似用一次、二次和八次函数关系表示;(2)中性层变化导致的曲率半径计算误差,随着微悬臂梁厚度、杨氏模量的增加而减小,但影响较小,而吸附分子间距会对该相对误差产生明显影响;(3)中性层位置变化会对微悬臂梁传感器灵敏度和表面应变预测产生明显的影响.; 景大雷王飞王晓明赵亮赵学增; 关键词：微悬臂梁

一种消除AFM中悬臂梁横向扭转串扰误差的修正技术被引量：1: 2011年; 串扰效应始终存在于原子力显微镜(AFM)的测量过程中,并影响其测量精度.在对串扰效应的产生机理进行分析,并建立了悬臂梁形变与光斑位置检测器(PSPD)输出信号之间的数学关系的基础上,提出了一种可消除横向扭转串扰影响的修正方法.在该方法中AFM系统可由输出信号直接获得悬臂梁的实际形变量,进而获得原子间作用力的实际值,并通过保持作用力的恒定对样品进行测量.该方法可有效地将悬臂梁扭转导致的纵向信号的变化从系统测得的纵向信号中剔除出去.仿真结果表明,在恒力接触模式下,串扰效应严重影响测量结果,导致测量误差,且针尖-样品夹角导致的串扰效应比摩擦力导致的串扰效应更严重.为验证本文方法消除串扰效应的效果,在应用该修正方法前后分别对标准梯形样品进行测量.实验对比结果表明,在普通恒力接触模式下的样品表面最大测量误差范围为21.2 nm～32.0 nm;对串扰效应进行修正后,最大测量误差范围降低至5.5 nm～10.2 nm.这表明该方法可有效降低AFM中串扰效应导致的测量误差,提高其测量精度.; 赵学增周法权李宁李宁; 关键词：悬臂梁

基于Cosserat理论的四边简支自由振动微平板尺度效应研究被引量：4: 2012年; 微观下材料内部结构将极大地影响材料的力学性能,对微纳米器件中典型的微平板结构尺度效应进行研究具有十分重要的意义.论文基于Cosserat理论推导出了微平板自由振动的微分方程,并根据四边简支边界条件假设振型函数,给出了固有频率的计算公式,对不同尺寸微平板固有频率的尺度效应进行了仿真分析.结果表明,考虑了尺度效应的微平板自由振动固有频率要高于经典理论中的固有频率.当特征长度与微平板厚度大小相当时,微平板固有频率表现出明显的尺度效应,并随着特征长度的增加而增大.同时,自由振动的尺度效应将随着微平板厚度的减小而逐渐增强,振动模态及长宽比不影响尺度效应.论文的研究将为微结构与系统的应用提供一定的理论基础.; 王晓明王飞赵学增景大雷; 关键词：COSSERAT理论

压电微悬臂梁气体传感器静态弯曲模型的研究被引量：4: 2011年; 压电微悬臂梁是一种灵敏度高、尺寸小的生化传感器。分子或原子在压电微悬臂梁功能化表面的吸附会引起悬臂梁的静态弯曲,通过静态变形可以得到微悬臂梁的表面应力。将表面应力引起的微悬臂梁中性层位置的变化引入建模过程,并与能量法相结合,建立了压电微悬臂梁在单分子层吸附稳定后的静态弯曲理论模型。结果发现在相同吸附表面积和吸附量条件下,压电微悬臂梁的曲率半径随梁厚度减小而减小,随梁杨氏模量的减小而减小;悬臂梁尺寸越小,考虑中性层位置变化对静态变形影响越大;且曲率半径随膜厚比的变化曲线中存在一个拐点,该拐点位置与两种材料的杨氏模量之比大小有关。; 景大雷王飞赵学增王晓明; 关键词：气体传感器

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国家自然科学基金(10902031)