[实用新型]一种基于微镊的粘附力测试装置

说明书

本实用新型涉及新材料研发领域，一种基于微镊的粘附力测试装置，包括基座、位移台I、力学测量单元、激光位移计、悬臂、相机架、照相机、位移台II、衬底、颗粒样品、微镊、致动器、位移台III、支架、光学显微镜、计算机和电缆，采用基于微机电系统驱动的微镊与原子力显微镜的悬臂相结合的方法来测量单个微颗粒的粘附力，通过微镊夹紧微粒，并监控微粒与悬臂的相互位置关系，来测量单个微颗粒的粘附力，相比于胶体探针原子力显微镜技术能节省测量时间，且无需环氧树脂来固定待测微粒，测量准确度高，实验步骤简单，所需的测量时间较短，测量准确度高。

技术领域

本实用新型涉及新材料研发领域，尤其是一种采用微镊来操纵微颗粒以进行粘附力测试的一种基于微镊的粘附力测试装置。

背景技术

精细颗粒的粘附力的研究对各种涉及到粉末的工业应用有重要意义，如激光印刷中的墨粉、制药中的药丸颗粒、食品加工中的相关粉末；胶体探针原子力显微镜是一种能够对颗粒的粘附力进行精密研究的技术，其通过测量悬臂的偏向来估算探针与表面之间的受力，其缺点是需要采用环氧树脂将待测量的颗粒固定至原子力显微镜的悬臂上，需要较长的准备时间，而且，在粘附力测量过程中环氧树脂有可能会发生形变，从而影响测量结果的准确性，所述一种基于微镊的粘附力测试装置能够解决问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型采用基于微机电系统驱动的微镊与原子力显微镜的悬臂相结合的方法来测量单个微颗粒的粘附力，通过微镊夹紧微粒，相比于胶体探针原子力显微镜技术能节省测量时间，且无需环氧树脂来固定待测微粒，测量准确度高。

本实用新型所采用的技术方案是：

所述一种基于微镊的粘附力测试装置包括基座、位移台I、力学测量单元、激光位移计、悬臂、相机架、照相机、位移台II、衬底、颗粒样品、微镊、致动器、位移台III、支架、光学显微镜、计算机和电缆，xyz为三维坐标系，位移台I、相机架、位移台II和支架依次连接于基座上面，位移台I、相机架、微镊、致动器和位移台III分别电缆连接计算机，力学测量单元安装于位移台I上面，通过计算机控制位移台I，能够使得力学测量单元分别在xyz三个方向直线移动，悬臂是具有固定端和活动端的金属片，固定端固定于力学测量单元的上面，在不受外力的情况下，固定端与活动端位于同一水平面，激光位移计连接于力学测量单元的侧面，并且激光位移计位于悬臂的活动端下方的20毫米处，用于监测悬臂的活动端在y方向的位移；照相机安装于相机架上，用于监测悬臂的形变，通过计算机控制相机架能够使得照相机分别在xyz三个方向直线移动；衬底位于位移台II上，衬底上面吸附有颗粒样品；位移台III和光学显微镜自下而上安装于支架上，位移台III和光学显微镜的位置均能够通过支架进行调节，致动器安装于位移台III的下面，通过计算机控制位移台III能够使得致动器分别在xyz三个方向直线移动，通过计算机对致动器施以不同电压，能够使得致动器在y方向伸缩，微镊固定于致动器的下面，微镊的前端具有两个操纵指，通过计算机控制微镊能够使操纵指开启或闭合，操纵指能够抓取颗粒样品，被抓取测试的颗粒样品称为待测微粒，微镊具有微机电力传感器，微机电力传感器能够将测得的微镊受到的力的信息传输入计算机；悬臂为原子力显微镜的悬臂，悬臂的长度为250微米、宽度为30微米、厚度为0.9微米，悬臂的弹性系数为0.09牛/米，颗粒样品的尺寸范围为0.5微米到5微米，微镊由硅材料微加工制成，微镊前端的两个操纵指之间最大间隙为8微米，两个操纵指之间能够施加的最大力为400微牛，致动器由压电陶瓷制成，致动器在y方向的最小伸缩步进为50纳米。

利用所述一种基于微镊的粘附力测试装置进行粘附力测量实验的步骤为：

步骤一，通过支架调节光学显微镜的位置，使光学显微镜位于衬底的正上方，用于观测衬底表面的情况及微镊的移动情况，通过支架调节位移台III的位置，使位移台III位于衬底的侧上方，通过计算机控制位移台III及致动器，使得微镊移动至衬底的正上方200微米处；