Лабораторная работа для студентов Оценка локального модуля Юнга на поверхности твердых тел - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лабораторная работа №2-о определение скорости звука и модуля юнга... 1 58.82kb.
Лабораторная работа №7 определение момента инерции твердых тел 1 46.73kb.
Лабораторная работа 04 определение моментов инерции твердых тел москва... 1 73.9kb.
Лабораторная работа №05 Крутильный маятник 1 92.34kb.
Оценка качества горных пород карелии на основе термокинетической... 1 289.97kb.
Лабораторная работа №1 Изучение коллекции минералов и горных пород 1 157.06kb.
Лабораторная работа №10 «Измерение давления твёрдого тела на опору» 1 9.71kb.
Лабораторная работа №6 а Определение момента инерции тел методом... 1 52.18kb.
Лабораторная работа №4 Изучение внутренних напряжений в твердых телах... 1 151.25kb.
Давление твердых тел, жидкостей и газов 1 24.97kb.
Обтекание тел воздушным потоком 4 324.28kb.
"Исследования динамических и статических геомеханических свойств... 1 65.4kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Лабораторная работа для студентов Оценка локального модуля Юнга на поверхности твердых - страница №1/1

Аннотация к лабораторной работе

«Оценка локального модуля Юнга



на поверхности твердых тел»

Лабораторная работа предназначена для организации лабораторного практикума по сканирующей микроскопии и для обучения навыкам работы на атомно-силовом микроскопе. Во время выполнения лабораторной работы студенты, используя метод контактной силовой спектроскопии, получают силовые кривые, позволяющие рассчитать локальное значение модуля Юнга на поверхности образца.

Исследование упругих свойств в лабораторной работе может быть проведено в различных локальных областях образца как в одном, так и вдоль других кристаллографических направлений. В качестве объектов исследования могут быть использованы образцы металлов, сплавов, магнитных материалов и пьезоэлектриков. Особое преимущество указанной работы является возможность использования ее для многофазных составов.

Лабораторная работа способствует подготовке к решению профессиональных задач в соответствии с видами профессиональной деятельности: проведение физических исследований по заданной тематике, подготовка оборудования и работа на экспериментальных физических установках, а также анализ получаемой физической информации с использованием современной вычислительной техники

В работе предложен алгоритм выполнения лабораторной работы, использующий ресурсы программного обеспечения микроскопа и позволяющей оптимизировать метод вычисления локального модуля Юнга, не покидая интерфейса основной программы

Лабораторная работа для студентов



Оценка локального модуля Юнга

на поверхности твердых тел

авторы: подготовка учебно-методического материала – Кузнецова Ю.В.

программное обеспечение – Карпушкин С.А
Цель работы: Методом контактной силовой спектроскопии рассчитать локальное значение модуля Юнга на поверхности образца.
Постановка задачи:

Метод контактной силовой спектроскопии (КСС) является эффективным методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) исследования упругих свойств поверхности. В основе этого метода лежит регистрация силовых кривых, которые отражают отклонение кантилевера при взаимодействии вершины зонда с поверхностью. Анализ таких кривых позволяет получать данные об адгезионных и упругих свойствах поверхности.

Силовые кривые, снимаемые с помощью АСС, представляют собой зависимость электрического напряжения на фотодетекторе от вертикального положения пьезосканера, т.е. DFL(z). Для получения кривой, действительно несущей информацию о силе, требуется провести замену переменных. Это связано с тем, что перемещение по вертикали пьезосканера z фактически является расстоянием между уровнем поверхности и уровнем, на котором находилась бы игла недеформированного кантилевера. Реальное расстояние между иглой и образцом  складывается из смещения пьезосканера z и отклонения кантилевера d. После замены переменных z+d силовая кривая, в тех же координатах, выглядит более полого.

Программное обеспечение сканирующего зондового микроскопа (ПО СЗМ) содержит готовые скрипты. Использование скриптов значительно повышает эффективность работы микроскопа. Скрипт DFL_to_Force производит конвертацию единиц измерения сигнала DFL из относительных единиц (нА) в единицы силы (нН). Применяя данный скрипт, можно получить силовые кривые F(z) на поверхности образца,

Силу взаимодействия можно найти по закону Гука:

F=kd=k(z-), (1),

где k-нормальная составляющая жесткости кантилевера, точное значение которой можно найти, применив готовый скрипт Sader_Normal

Для вычисления локального модуля упругости нужно определить оценочную модель. Упругие деформации двух сферических соприкасающихся поверхностей, сдавливаемых внешней силой F, были вычислены Г. Герцем в 1882 году.

Для сферы и плоскости:

(2)

Для конуса и плоскости:



(3),

где E–модуль Юнга, ν–коэффициент Пуассона, α–половина открытого угла конуса, R–радиус иглы.

Таким образом,

(4),

где=1, =1,5, =2 в случае плоскости, сферы или конуса соответственно.

Прологарифмировав уравнение (4), построив график зависимости логарифма силы от логарифма отклонения и сравнив наклон получившейся прямой с показателем степени γ, можно выбрать наиболее подходящую модель.

Все перечисленные выше математические операции в лабораторной работе осуществляет скрипт YUNG. Используя данные полученных экспериментально силовых кривых, данный скрипт выводит на экран монитора значение  и E.

Задачи лабораторной работы состоят в следующем:


  1. Освоение метода контактной силовой спектроскопии.

  2. Получение силовых кривых на поверхности образца с помощью метода КСС при различных параметрах.

  3. Ознакомление с готовыми скриптами ПО СЗМ.

  4. Определение локального модуля Юнга на поверхности образца.


Описание лабораторной работы

Данная работа осуществляется на установке сканирующего зондового микроскопа Solver P47.



Основные этапы лабораторной работы:

  1. С помощью скрипта Sader_Normal получить значение нормальной составляющей кантилевера, записать его.

  2. Получить качественные изображения рельефа поверхности с применением контактного метода.

  3. Перейти в режим контактной силовой спектроскопии и получить зависимость электрического напряжения на фотодетекторе от вертикального положения пьезосканера, т.е. DFL(z).

  4. Применив готовый скрипт DFL_to_Force, получить силовые кривые F(z) на поверхности образца.

  5. Используя, установленный в ПО СЗМ скрипт YUNG , получить значения γ и локального модуля Юнга в различных точках поверхности.

  6. Выбрать значение локального модуля Юнга для тех точек, где γ 1,5, т.е. максимально удовлетворяющего модели Герца для сферы и плоскости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Cканирующий зондовый микроскоп Solver P47. Руководство пользователя Основная часть, ЗАО «Нанотехнология-МДТ», Москва, 2006. С242

  2. Макроязык “Nova PowerScript”, Справочное руководство, ЗАО «Нанотехнология-МДТ», Москва, 2008. С86





Бессовестные женщины сплетничают беззастенчиво, совестливые — застенчиво. Лешек Кумор
ещё >>