基于单片机的AFM纳米机械性能测试系统

摘要：为解决采用原子力显微镜（ＡＦＭ）系统进行纳米机械性能测试中存在的不能够直接获得载荷?压深曲线以及不能够随意改变加载、保载、卸载时间等问题，对ＡＦＭ系统进行了改造，开发了一套基于单片机的信号输入输出模块。将该模块与ＡＦＭ控制系统相联，形成新的纳米机械性能测试系统。该系统信号输出精度为０．１５ｍＶ，信号采集精度为０．３ｍＶ，工作台的移动灵敏度为１．５３ｎｍ，可以动态改变垂直载荷，并实时获得载荷?压深曲线。通过单片机设置模拟信号的输出速率可以实现加载、保载和卸载速率的改变；结合二维微动精密工作台，可以实现较大范围内高精度的点阵压痕测试。通过在聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷等材料表面进行实验测试表明：该系统可以高速高精度地测量样品的纳米机械性能参数，包括对样品进行纳米压痕测试和对样品的纯弹性变形过程进行检测，如聚二甲基硅氧烷或者各种微梁等微小构件。
关　键　词：原子力显微镜（ＡＦＭ）；单片机；纳米机械性能；载荷-压深曲线

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