[发明专利]一种微纳牛级力计量器的制造方法

说明书

本发明公开了一种微纳牛级力计量器的制造方法，涉及微纳制造技术领域，该方法包括：获取原始石墨烯材料；确定剪裁图形，利用纳米尺度下的剪纸技术在原始石墨烯材料上进行剪裁；获取剪裁后石墨烯材料的应力应变曲线；根据应力应变曲线，由胡克定律可知线弹性阶段为剪裁后石墨烯材料的量程；调整剪裁的几何参数，重新执行利用纳米尺度下的剪纸技术在原始石墨烯材料上进行剪裁，进一步调整剪裁后石墨烯材料的量程与精度，得到相应的微纳牛级力计量器。采用石墨烯材料作为制造微纳牛级力计量器的原材料，满足了微纳米尺度下器件力学性能的检测，该力计量器可应用于纳米尺度下器件在加工、装配等制造工序中的管理与监测。

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，尤其是一种微纳牛级力计量器的制造方法。

背景技术

随着科技的不断进步，与人类活动密切相关的工业制造，如医疗设备、电子器件以及智能化机器人等不断向微观尺度发展。微纳米级机械设备制造技术这一核心技术难题亟待攻克。器件在加工与装备过程中的受力监测为制造高品质设备提供了有力保障。在纳米尺度下，力的测量面临两大难点，一是测量工具的制备，工具的尺寸控制在纳米级；二是测量力的范围，通常在微纳米级。

针对当前微纳尺度的结构器件的力学特性通常采用原子力显微镜进行测量。原子力显微镜是通过将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息。然而原子力显微镜昂贵且体积庞大，不便于移动，需将测量样本放置仪器进行测量；扫描速度较慢(如每幅图像需要10分钟甚至更久)，无法实现对微纳米样品的高速成像；安装操作复杂、依赖交流市电、计算机与控制系统之间需有线连接等局限性。以上弊端不利于应用原子力显微镜对微纳尺度下结构的受力测量。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种微纳牛级力计量器的制造方法，解决了微纳制造技术中对微力测量的问题，根据胡克定律选择可塑性高且同时具有优异力学性能的纳米材料进行力计量器的制造，该力计量器可应用于纳米尺度下器件在加工、装配等制造工序中的管理与监测。

本发明的技术方案如下：

一种微纳牛级力计量器的制造方法，包括如下步骤：

获取原始石墨烯材料作为制造微纳牛级力计量器的原材料；

确定剪裁图形，利用纳米尺度下的剪纸技术在原始石墨烯材料上进行剪裁；

获取剪裁后石墨烯材料的应力应变曲线；

根据应力应变曲线的线弹性阶段确定剪裁后石墨烯材料的量程；

调整剪裁的几何参数，重新执行利用纳米尺度下的剪纸技术在原始石墨烯材料上进行剪裁，进一步调整剪裁后石墨烯材料的量程与精度，得到相应的微纳牛级力计量器。

其进一步的技术方案为，剪裁图形包括圆形、三角形、菱形以及长方形，不同剪裁图形在原始石墨烯材料上进行剪裁的方法相同，包括：

确定剪裁图形外切圆的半径，以控制剪裁图形的面积；

按照剪裁图形在原始石墨烯材料上进行剪裁，使剪裁图形均匀分布。

其进一步的技术方案为，获取剪裁后石墨烯材料的应力应变曲线，包括：

通过单轴拉伸的方式获取剪裁后石墨烯材料的应力应变曲线，拉伸方向为沿剪裁后石墨烯材料的长度方向或宽度方向。

其进一步的技术方案为，使剪裁图形均匀分布，包括：

剪裁图形沿原始石墨烯材料的长度方向和宽度方向均等间距分布，在宽度方向上，剪裁图形的中心均在同一水平线上，在长度方向上，相邻剪裁图形沿宽度方向的中心偏移量的范围为

其进一步的技术方案为，使剪裁图形均匀分布，包括：