微納米機械構(gòu)件材料力學(xué)行為研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)（MEMS）是近幾年迅速發(fā)展起來的一個研究熱點。微觀力學(xué)是MEMS研究中的關(guān)鍵問題之一。考慮到很多微型機械構(gòu)件是在帶電條件下工作，力-電-熱多場耦合作用下微機械構(gòu)件材料力學(xué)行為的研究顯得迫切需要。本論文研制了電磁驅(qū)動微拉伸裝置，并對直流電場作用下樣品的微觀力學(xué)特性進行了實驗研究，具體包括以下三方面的工作： 1．運用電磁驅(qū)動理論對單軸微拉伸裝置進行了研制和改進。利用高輸入阻抗的運算放大器電路和驅(qū)動電纜技術(shù)，提出采用高精度

2、電容位移傳感器進行微位移的測量，使傳感器具有很好的線性度、準(zhǔn)確度和較高的穩(wěn)定性，使改進后的微拉伸裝置對位移的分辨率達到1.195nm，大大提高了測量結(jié)果的精確性。在動靜樣品臺上布置電路，可以精確控制施加電流（電場）大小，從而實現(xiàn)力—電—熱多場耦合作用下微構(gòu)件材料力學(xué)性能的測量；將虛擬儀器軟件平臺LabView用于電磁驅(qū)動微拉伸系統(tǒng)進行測量數(shù)據(jù)采集和分析處理，減少了繁多的數(shù)據(jù)處理過程，大大縮短了實驗過程，特別是虛擬示波器的使用，可以實時地

3、觀察測試過程中材料在載荷作用下性能的變化趨勢。 2．利用自行研制的微拉伸裝置對直流電流作用下不銹鋼微構(gòu)件的力學(xué)性能進行了研究。實驗結(jié)果表明，不銹鋼微構(gòu)件在拉伸作用下出現(xiàn)明顯的塑性變形；微尺度下，不銹鋼微構(gòu)件力學(xué)性能與宏觀性能有所不同，出現(xiàn)了小尺寸效應(yīng)；電流作用下，不銹鋼微構(gòu)件的彈性模量和拉伸強度隨電流的增大而降低，初步分析，可以認(rèn)為是電塑性效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果，深入的分析需要量子力學(xué)的知識；提出對于納米級管或線狀構(gòu)件，可以

4、選取整齊的纖維束或陣列進行研究，然后采用細觀力學(xué)的統(tǒng)計理論進行分析。 3．利用原子力顯微鏡（AFM）結(jié)合納米壓痕技術(shù)對直流電場作用下樣品金（Au）進行了納米壓痕實驗。根據(jù)原子力顯微鏡的工作原理，分析了利用原子力顯微鏡進行納米壓痕實驗的技術(shù)和實驗方法；得到了樣品金的壓痕表面形貌圖，觀察發(fā)現(xiàn)無論在無電場作用下還是有電場作用下，壓痕周圍的金屬由于擠壓而形成了凸起，即壓痕周圍的亮區(qū)為材料被擠出的區(qū)域；實驗結(jié)果表明，在外加直流電場作用下，