93 / 2021-05-20 18:03:25

高频双模态原子力显微镜动态摩擦能耗及对比增强检测

动态摩擦不仅发生在两个相互滑动的接触物体之间，而且也发生在相隔数纳米的两个相对运动表面之间。许多新兴的微纳米机械系统在传感器或信息技术领域都有着广阔的应用前景，但它们可能会受到非接触摩擦及作用力的影响。本文利用双模态原子力显微镜（Bimodal-AFM）方法，同时驱动微悬臂梁探针二阶弯曲振动和一阶扭转振动，研究了针尖与非均相聚合物PS/LDPE之间摩擦能量耗散随距离变化规律。由于使用高阶振动作为系统运动反馈，可以避免由于近接触吸引力引起的针尖拉入现象，并能在样品近表面成像摩擦耗散。研究中提出了动态摩擦耗散系数概念，并根据振动相位和能量耗散曲线确定了针尖与样品接触、准接触和非接触三种不同的接触状态，发现图像对比度在准接触区域得到明显增强，且法向弯曲振动耗散和横向扭转摩擦耗散都有所增加。该方法克服了现有接触式AFM侵入式测量过程中产生样品损伤的缺点，为直接检测摩擦耗散和获取高分辨率扫描图像提供了一种有效的方法。