对微米纤维进行检测的方法技术

本发明专利技术提出了对微米纤维进行检测的方法。该方法采用微米纤维检测系统对微米纤维进行检测，该方法包括：(1)将液滴置于所述基板上，其中，液滴含有溶剂和悬浮在溶剂中的微米纤维，微米纤维的一端与所述第一钨丝接触；(2)使第二钨丝位于微米纤维的另一端的下方；(3)使微米纤维的另一端与第二钨丝尖端接触；(4)使溶剂蒸发，以便暴露微米纤维；(5)使微米纤维发生形变，并记录在形变发生时第一钨丝的第一位移量以及在形变发生时第二钨丝的第二位移量；以及(6)基于第一位移量和第二位移量，确定微米纤维的物理参数。由此，可以实现对于单根微米纤维的拾取、位置调整、夹持、加载等操作，进而进一步提高了测试结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳材料力学测试
，具体涉及。
技术介绍
随着微纳米技术的快速发展，微尺度材料和结构在各个领域得到了广泛的应用，如材料科学、微电子、生物、医学以及微机电系统等等。而当材料的尺寸减小到微纳米尺度时，由于尺度效应，使得它们的材料特性与宏观尺度截然不同，对这些微纳米尺度的材料和结构的力学性能的直接测量和表征就变得十分重要。然而，无论是从测量还是操纵、夹持和加载层面看，对于微纳米尺度的研究对象，宏观的力学性能检测设备与平台，以及传统的测量方法均不能适应这一需求。因此，为了满足这些实验检测需求，目前已经发展了三类微尺度探测平台:微纳米力学检测平台(普式小尺度实验机)、集成在芯片上的微纳米实验平台以及利用探针进行的微尺度实验平台。然而，目前对于微米纤维材料性能的测试方法仍有待改进。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识作出的:尽管目前基于微纳米材料的检测平台以及系统可以实现在光学显微镜系统或者高空间分辨率显微镜，例如扫描电镜以及原子力显微镜等系统中，对微纳米材料进行拾取以及转移等操作，但对于一些微纳米纤维材料，上述检测平台以及检测系统很难实现对单根纤维材料进行操纵以及检测。专利技术人经过深入研究发现，这是由于上述微纳米纤维材料的单根长度可为数十微米到几百微米，并且其直径在微米以及纳米量级，因此干燥状态下极易团聚，多根微纳米纤维形成絮状物聚集在一起，难以从其中分散出单根纤维进而对其进行操作以及测试。此外，专利技术人经过大量实验发现，上述微纳米纤维在周围环境湿度较小时，常表现出典型的脆性材料特征，易断裂，因此在干燥状态下对上述微米纤维进行操纵时，容易对纤维材料的结构造成损伤，进而造成对微纳米纤维材料进行拾取以及转移等操作时成功率较低，并且操作繁琐复杂。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种能够有效地。本专利技术提出了一种。根据本专利技术的实施例，该方法采用微米纤维检测系统，所述微米纤维检测系统包括:显微镜；载物台；基板，所述基板设置在所述载物台上；第一钨丝，所述第一钨丝固定设置在所述基板上表面；第二钨丝，所述第二钨丝设置在所述基板的上方，并且所述第二钨丝具有尖端；第一控制系统，所述第一控制系统与所述载物台相连，用于控制并记录所述载物台的移动；第二控制系统，所述第二控制系统与所述第二钨丝相连，用于控制所述第二钨丝相对于所述基板的移动以及所述第二钨丝的俯仰运动；以及位移检测单元，所述位移检测单元被配置为用于检测所述第二钨丝的位移，所述方法包括:(1)将液滴置于所述基板上，其中，所述液滴含有溶剂和悬浮在所述溶剂中的微米纤维，所述微米纤维的一端与所述第一钨丝接触；(2)通过所述第二控制系统控制所述第二钨丝的移动，使所述第二钨丝位于所述微米纤维的另一端的下方；(3)通过所述第一控制系统控制所述载物台的移动，使所述微米纤维的另一端与所述第二钨丝尖端接触；(4)使所述溶剂蒸发，以便暴露所述微米纤维；(5)通过所述第一控制系统控制所述载物台的移动，以便使所述微米纤维发生形变，并通过所述第一控制系统记录在所述形变发生时，所述第一钨丝的第一位移量，通过所述位移检测单元确定在所述形变发生时，所述第二钨丝的第二位移量；以及(6)基于所述第一位移量和所述第二位移量，确定所述微米纤维的物理参数。该方法利用微米纤维检测系统，将微米纤维悬浮在溶剂中，并在微米纤维具有较好韧性时完成对该纤维的拾取、转移、位置调整、夹持等操作，进而可以较容易地完成对于单根纤维的拾取。并且该方法在该纤维干燥后再对该纤维的物理参数进行检测，进而能够避免溶液环境对于微米纤维物理参数造成的影响。由此，可以利用该方法简便地实现对于单根微米纤维的拾取、位置调整等操作，并可以在纤维干燥的状态下对纤维的物理参数进行准确测试，进而进一步提高了测试结果的准确性。根据本专利技术的实施例，上述利用溶液还可以具有下列附加技术特征的至少之一:根据本专利技术的实施例，在步骤⑶之后、在步骤⑷之前，进一步包括:(3-1)通过所述第二控制系统控制所述第二钨丝的俯仰运动，使所述第二钨丝的尖端伸出所述液滴的液面。由此，可以使该纤维与第二钨丝更好地结合，以便加固第二钨丝对于纤维的固定程度，从而进一步提高利用该方法对纤维进行操纵的灵敏程度以及可靠程度。根据本专利技术的实施例，在该方法中，在步骤(4)之后，在步骤(5)之前，进一步包括:(4-1)通过所述第二控制系统控制所述第二钨丝的俯仰运动，以便恢复所述第二钨丝在步骤(3-1)进行所述俯仰之前的尖端位置。由此，可以通过对第二钨丝位置的调整，恢复搭载在第二钨丝尖端的纤维的位置，进而进一步提高利用该方法对纤维进行测试所得的测试结果的准确性。根据本专利技术的实施例，在该方法中，在步骤(4)之后，在步骤(5)之前，进一步包括:(4_a)通过所述第一控制系统控制所述载物台的移动，使所述微米纤维处于水平状态。由此，可以在该微米纤维处于水平的状态下进行测试，从而避免了由于纤维在其他方向具有受力的分量而造成的误差，进而进一步提高了测试结果的准确性。根据本专利技术的实施例，所述微米纤维检测系统中，所述第一控制系统包括:粗调组件以及细调组件，其中，所述粗调组件包括至少一个压电马达，所述细调组件包括选自压电陶瓷管以及压电堆的至少之一，其中，所述压电马达、所述压电陶瓷管以及所述压电堆分别与所述载物台相连。由此，可以通过粗调组件以及细调组件对载物台的位置进行精确控制，进而进一步提高了测试结果的准确性。根据本专利技术的实施例，所述粗调组件包括多个所述压电马达，所述多个压电马达用于分别控制所述载物台沿所述载物台所在平面的水平方向、沿所述载物台所在平面的竖直方向以及沿垂直于所述载物台所在平面的方向移动，所述移动的最大位移不大于20_，所述移动的最小位移不小于lOOnm。由此，可以通过压电马达控制载物台相对于载物台所在平面进行三维方向的移动，并且移动的距离较大，进而可以在载物台偏离载物台预定位置较远时方便迅速地将载物台移动到预定的位置上，进而可以提高利用该方法对微米纤维进行检测的效率。根据本专利技术的实施例，所述细调系统包括多个所述压电陶瓷管，所述多个压电陶瓷管用于分别控制所述载物台沿所述载物台所在平面的水平方向、沿所述载物台所在平面的竖直方向以及沿垂直于所述载物台所在平面的方向移动，所述移动的最大位移不大于10 μπι，所述移动的最小位移不小于0.2nm。由此，可以通过压电陶瓷管控制载物台相对于载物台所在平面进行三维方向的移动，并且移动的距离较小，进而可以对载物台的位置进行精确的控制，进而可以进一步提高利用该方法对微米纤维进行拾取以及位置调整时的准确程度。根据本专利技术的实施例，所述第一钨丝的直径为50?200 μm，所述第二钨丝具有自下而上逐渐减小的截面直径，并且所述第二钨丝包括本体和所述尖端，所述本体的最大横截面直径为50?300 μ m，所述尖端的最大横截面直径为lOOnm?100 μ m。由此，可以通过第一钨丝以及第二钨丝完成对于待检测的微米纤维的两端的可靠夹持，并可以实现对该微米纤维的位置进行精确的调控，并且，由于第二钨丝具有较小的尖端横截面直径，因此可以灵活地对微米纤维进行夹持以及位置调控，进而可以进一步提高利用该方法对微米纤维进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对微米纤维进行检测的方法，其特征在于，所述方法采用微米纤维检测系统，所述微米纤维检测系统包括：显微镜；载物台；基板，所述基板设置在所述载物台上；第一钨丝，所述第一钨丝固定设置在所述基板上表面；第二钨丝，所述第二钨丝设置在所述基板的上方，并且所述第二钨丝具有尖端；第一控制系统，所述第一控制系统与所述载物台相连，用于控制并记录所述载物台的移动；第二控制系统，所述第二控制系统与所述第二钨丝相连，用于控制所述第二钨丝相对于所述基板的移动以及所述第二钨丝的俯仰运动；以及位移检测单元，所述位移检测单元被配置为用于检测所述第二钨丝的位移，所述方法包括：(1)将液滴置于所述基板上，其中，所述液滴含有溶剂和悬浮在所述溶剂中的微米纤维，所述微米纤维的一端与所述第一钨丝接触；(2)通过所述第二控制系统控制所述第二钨丝的移动，使所述第二钨丝位于所述微米纤维的另一端的下方；(3)通过所述第一控制系统控制所述载物台的移动，使所述微米纤维的另一端与所述第二钨丝尖端接触；(4)使所述溶剂蒸发，以便暴露所述微米纤维；(5)通过所述第一控制系统控制所述载物台的移动，以便使所述微米纤维发生形变，并通过所述第一控制系统记录在所述形变发生时，所述第一钨丝的第一位移量，通过所述位移检测单元确定在所述形变发生时，所述第二钨丝的第二位移量；以及(6)基于所述第一位移量和所述第二位移量，确定所述微米纤维的物理参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜德，叶璇，梁杰存，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11