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. Иржак3,4, 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.