万方数据基于单片机的AFM纳米机械性能测试系统闫永达1’2，费维栋1，胡振江2，程相杰2，孙SCM_basedAFM涛2，董申2nanomechanicalmeasurementJ，z甜i比钯。厂忍f^，zoZo∥，胁r6切150001，吼im；光学精密工程(1．哈尔滨工业大学材料与工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)mV，工作台的移动灵敏度为1．53啪，可以动态改变垂直载荷，并实时获得载荷一压深曲线。通过单片机设置模拟信systemof(1．S击00Zo，A缸￡已以以＆i绷馏口以而gi以凸洲靠g，Hn觑72propertyWei—don91，HU第16卷第7期摘要：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一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o．15mV，信号采集精度为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Zhen-jian92，CHENGXian90ie2，SUN2．(为卵￡P，．o厂P，℃fisio，zE行ginPPri以g，H口，‘6i咒J，zsfi￡“￡已o，T0c^孢oZogy，H口，‘6i咒150001，(’^i咒口)Mi—croscope(AFM)，anMicyoco(SCM)-basedinput／outputAFM，aAFM-basedI)／ASCM基金项目：黑龙江省博士后基金资助项目；第42批中国博士后基金资助项目；黑龙江省青年专项基金资助项目2008年7月V01．16文章编号小构件。关键词：原予力显微镜(AFM)；单片机；纳米机械性能；栽荷一压深曲线中圈分类号：TH742．9文献标识码：AYANYong-dal”，FElTa02，DONGShen2AbstI’act：Inorderobtaintheforcedepthdirectlyandchangeloadingtime，keepingloadtimeunloadingarbitrarilyinnanomechanicaIbyAtomicForcewasmodified．ASingleChipmoduledevelopedstudy．Connectedthiscontrolnovelformedwithsignalprecision0．15mV，signalinput0．3mV，andmoving1．53nm．Thenormalcouldbechangedcontinuouslyin—situforc}accordingcorrespondingarithmetic．variedcontroller，thatloading，keepingperiodalso．Integratedtwo—dimensionalstage，theindentationwereriedlargerscaIe．nanoindentationresuitspoIycarbonatepoIydimethyIsiIox—showparameterssamplesobtainedhigh收稿日期：2007—11—21：修订日期：2008一01—22．(No．QC05C11)opticsPrecisionEngineeringNo．7Jul．20081004—924X(2008)07—1223一07O．3presentoutputaccuracystagegetoutportarraytocurveratesoatestscar—testonanecan万方数据辟蓊酾自赢蔼茫于萧匍．系统组成光学精密工程引言原子力显微镜(AFM)是通过检测一个非常软的悬臂梁的变形来敏感探针与表面之间的相互面的纳米机械性能检测，如弹性模量、硬度等。Vanlandingham等人采用AFM对PDMS、PM—MA、PS、PC、UHMWPE等聚合物薄膜的硬度及弹性模量进行了测量研究，讨论了探针横向移动、扫描迟滞等对测董的影响，认为此种测量方法对聚合物体系的纳米尺度机械性能测量十分有效[1]。Bhushan等人采用AFM进行纳米压痕实验，对硅和二氧化硅纳米细线进行弯曲测试，得出纳米线的弹性模量、断裂强度、弯曲强度等机械性Kojima也通过AFM探针在碳氮薄膜上施加不同的力得