2.6.2 Деформации кантилевера под действием латеральных сил
+1-480-493-0093

2.6.2 Деформации кантилевера под действием латеральных сил

Для исследования сил трения используется Метод Латеральных Сил (Lateral Force Microscopy). Он основан на регистрации боковых отклонений зонда при сканировании. Для МЛС обычно используются прямоугольные кантилеверы, которые представляют собой прямоугольную балку длиной 12, шириной 12, толщиной 3, на конце которой размещен зонд высотой 124 (рис. 1).

Рис. 1.  Прямоугольный кантилевер с зондом.

При движении кантилевера в направлении , перпендикулярном его оси, за счет сил трения кантилевер будет закручиваться. Как показано в пункте 2.1.4 угол закручивания связан с горизонтальной поперечной силой выражением

(1)

где коэффициент обратной жесткости – определен в формуле (12) пункта 2.1.2. Оптическая система регистрирует кручение как сигнал .

Возможен и другой вариант. Сканирование в направлении приведет к возникновению силы трения, направленной уже в продольном направлении. Это вызовет вертикальный изгиб (см. пункт 2.1.3), при этом угол изгиба связан с продольной силой выражением

(2)

Следует отметить, что изгиб создается не только за счет латеральной силы , но под действием вертикальной составляющей . Поэтому в общем случае выражение (2) необходимо дополнить, воспользовавшись формулами пункта 2.1.3:

(3)

Несмотря на то, что в первое слагаемое входит малый фактор 532, вклад обоих членов может быть одного порядка, так как отношение сил 32 оказывается достаточно большим и обычно колеблется от 1 до 100. Отличный от нуля угол 325 вызывает сигнал 325.

Таким образом, при помощи оптической системы регистрации нельзя непосредственно выделить значение латеральной составляющей 5. Для ее нахождения необходимо, например, определить силу 532 другими методами, а затем при исследовании латеральных сил вычесть соответствующую компоненту из выражения (3). Очевидно, что этот метод сложнее первого, в котором сканирование осуществляется в поперечном направлении и компоненту 532 можно получить непосредственно.

Выводы.

  • Силы трения можно измерять как при поперечном сканировании – 532, так и при продольном – 5.
  • Поперечное сканирование предпочтительней, так как кручение кантилевера регистрируется как отдельный сигнал 32.
  • При продольном сканировании силы трения будет сложно выделить из сигнала 5325 на фоне существенно больших деформаций под действием нормальной силы.
  • Влияние рельефа поверхности на сигнал 32 обсуждается в пункте 2.6.4.

Литература.

  1. Handbook of Micro/Nanotribology / Ed. by Bhushan Bharat. - 2d ed. - Boca Raton etc.: CRC press, 1999.