[发明专利]微纳米织构表面的电控摩擦方法及其装置

摘要

一种微纳米织构表面的电控摩擦方法及其装置，属于微纳摩擦测试方法及装置。该摩擦方法为前期准备、恒压力加载、电控信号输入和摩擦力检测；装置为：探针的导电球形针尖与探针悬臂的一端粘结在一起，探针的另一端夹持在探针架上，探针架可以随着导轨上下移动，同时探针架、微安表、电化学工作站、电阻、样品依次相连，样品带有织构的一面与探针相接触；电化学工作站通过数据线与计算机系统相连接，实现了摩擦力测试过程中电压信号的输入。优点：测试方便、精度高，采用微纳米织构电控摩擦测试装置对微纳米织构表面进行摩擦性能测试操作简单、易于控制；应用范围广，对微米、亚微米、纳米等的织构表面进行摩擦性能的精密测试，对摩擦过程进行调控。

主权项

一种微纳米织构表面的电控摩擦方法，其特征是：该摩擦方法包括前期准备、恒压力加载、电控信号输入和摩擦力检测，具体步骤以下：前期准备：首先准备好进行电控摩擦学性能测试用的样品，所述的样品上带有微米织构、亚微米织构或纳米织构，将样品置于样品台上；然后把带有球形针尖的探针安装到探针架上；最后建立微纳米织构电控摩擦测试装置，所述的微纳米织构电控摩擦测试装置包括摩擦力检测模块和电控信号输入模块，摩擦力检测模块和电控信号输入模块顺序连接；恒压力加载：首先调整探针架的高度至球形探针与样品表面相接触；然后，通过计算机系统施加于压电陶瓷扫描器的电压值调整压电陶瓷扫描器的伸长量，压电陶瓷扫描器的伸长带动样品的上升，从而导致球形探针悬臂的变形，根据悬臂的变形量和悬臂的力学常数可以确定球形探针和样品间压力的大小，将这时的压力值对应的电压值设定为摩擦测试过程中参考点；最后，摩擦力测试过程中，由于样品形貌的起伏导致探针变形量的改变，从而改变了压力的大小，此时通过四象限光电探测器检测因悬臂变形引起的反射光位置变化，判定探针的变形量，将信号进行模数转化后与参考点进行比较，再将差值进行数模转换经放大器放大，驱动压电陶瓷扫描器实时的做出调整，保持压电陶瓷扫描器的调整与样品形貌起伏同步，保证样品和探针间恒压力的稳定加载；电控信号输入：将计算机系统通过数据线与电化学工作站相连，电化学工作站的正极与微安表相连，微安表与导电探针架相连；电化学工作站的负极与电阻、样品台、样品依次相连；电化学工作站、微安表、探针架、探针、样品、样品台、电阻构成了一个闭合回路；电化学工作站可以通过计算机系统实现直流、交流、正向脉冲、反向脉冲、不同频率脉冲、正负交替脉冲、三角形波、方形波、正弦波的电压信号输入；摩擦力测试过程中，通过改变计算机系统上电压信号，实时对摩擦力进行调整，控制样品和探针间的摩擦状态；摩擦力检测：首先，测试用激光器发出的光入射到探针背面，反射后光斑落在四象限光电探测器的中心位置；然后，在摩擦力检测过程中，探针和样品之间相对运动，压力的变化、电压输入信号的变化引起探针悬臂的扭曲，光斑就会偏离四象限光电探测器的中心位置；将该信号输入计算机系统进行计算后得出摩擦力的大小。