УДК 539.371, 538.911

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОАКТЮАТОРА С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ ПРИ ПОМОЩИ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

 

П. В. Мазаев¹, А. В. Маширов¹, В. В. Коледов¹, Д. В. Колесов², И. В. Яминский², А. В. Иржак^3,4, Д. И. Захаров³, В. А. Дикан³, А. П. Каманцев¹

1 - Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН

2 - Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

3 - Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

4 - Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

 

Статья получена 10 декабря 2014 г.

 

Аннотация. Недавно методом селективного ионного травления были созданы микро- и наноразмерные инструменты на основе композитов с эффектом памяти формы (ЭПФ). Перспектива их широкого применения для решения различных задач наноманипулирования, нанообработки, наноизмерений продемонстрирована в результате экспериментов по переносу при помощи композитного нанопинцета углеродных нанотрубок и наночастиц различной природы. В настоящей работе изучаются силовые характеристики композитных микроактюаторов с ЭПФ. Создана методика определения термоупругих свойств микроразмерных композитных актюаторов с ЭПФ на основе методики калибровки жесткости кантилеверов в сканирующей зондовой микроскопии. Экспериментально определена жесткость образцов микроактюаторов на основе композита Ti₂NiCu/Pt с длиной 45…51 мкм, шириной 1,9…2,5 мкм, толщиной 1 мкм в температурном диапазоне 20…100°С. Проведены количественные оценки силы воздействия микроактюатора на микрообъект на основе экспериментальных данных. Экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическим расчетом.

Ключевые слова: эффект памяти формы, микроманипулятор, наноманипулятор, нанопинцет, Ti₂NiCu, композит, микроактюатор, кантилевер, сканирующая зондовая микроскопия, жесткость.

Abstract. Recently the micro- and nanoscale manipulation instruments based on shape memory effect (SME) have been created by the method of selective ion etching. Possibilities of the extensive use for various tasks of nanomanipulation, nanoprocessing, nanomeasuring have been demonstrated through experiments of the transfer of the carbon nanotubes and nanoparticles of different nature by the composite nanotweezers. In this paper the force characteristics of the composite microactuators with SME are studied. The thermoelastic properties measurement technique for microscale composite actuators with SME based on stiffness calibration of scanning probe microscopy cantilevers technology has been developed. The stiffness of the microactuator’s samples based on Ti₂NiCu / Pt composite with a length of 45...51 μm, a width of 1,9...2,5 μm, a thickness of 1 μm at a temperature in the range of 20...100°C has been experimentally determined. Quantitative estimates of the interaction force between the actuator and the test object based on experimental data have been calculated. The experimental and theoretical calculations do not disagree.

Keywords: shape memory effect, micromanipulator, nanomanipulator, nanotweezers, Ti₂NiCu, composite, actuator, cantilever, atomic force microscopy, scanning probe microscopy, stiffness.