微纳测试.

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微纳卫星姿控软件实时测试系统

微纳卫星姿控软件实时测试系统
n a no s a t e l l i t e wa s e s t a b l i s he d an d t he c o nt r o l s o f t wa r e wa s t e s t e d wi t h t he pr o po s e d s ys t e m . Ba s e d o n
算机与 P C 机微 纳卫 星模 拟 飞 行 平 台 的高 效 通 讯 链 路 , 并 对 姿 态 控 制 软 件 主 程 序 进 行 必 要 的修 改 。最 后 , 基 于 该 实 时 测
试 系 统 完 成 了星 载 计 算 机 上 姿 态 控 制 软 件 的 实 时 控 制 性 能 测 试 实 验 。实 验 结 果 表 明 : 姿 态 控 制 软 件 在 星 箭 分 离 后
统, 并 使 用 该 系 统 对 微 纳 卫 星 姿 态 控 制 软 件 进 行 了 测 试 实 验 。根 据 卫 星 姿 态 动 力 学 与 运 动 学 、 轨 道 环 境 信 息 与 姿 态 控 制
算法数学模型 , 在P C机 上 设 计 开 发 了 微 纳 卫 星 模 拟 飞 行 平 台 。使 用 控 制 器 局 域 网 络 ( C AN) 和 串 口 建 立 了 连 接 星 载 计
Ab s t r a c t :To t e s t t he e o nt r o l pe r f o r ma n c e o f a t t i t u de c o nt r o l s o f t wa r e i n r e a l t i me f o r a mi c r o — n a n o s a t e l l i t e u nd e r ha r d wa r e l i mi t e d.a r e a l — t i me t e s t i n g s ys t e m f or t he a t t i t u de c o nt r o l s o f t wa r e O f mi c r o —

微纳尺度机械力学性能测试方法研究

微纳尺度机械力学性能测试方法研究

微纳尺度机械力学性能测试方法研究引言在微纳尺度范围内,材料和器件的性能表现出与宏观时相比明显不同的特点。

为了全面了解微纳尺度材料和器件的力学性能,需要开发适用于该尺度下的测试方法。

本文将就微纳尺度机械力学性能测试方法进行研究。

一、纳米压痕测试法纳米压痕测试法是一种常用的测试方法,通过使用纳米硬度计对材料进行压痕测试以获得力学性能参数。

纳米压痕测试法的主要原理是将纳米硬度计的金刚石压头压入材料表面,通过测量压头的压痕面积和压头的载荷大小来计算材料的硬度。

此方法具有无损性、高灵敏度和高精确度的优点,适用于多种材料和结构的测试。

二、纳米拉曼光谱测试法纳米拉曼光谱测试法是一种通过测量材料散射光的频率、强度和偏振方向来分析材料力学性能的方法。

该测试方法利用纳米大小的探针与材料表面相互作用,通过测量散射光的频率移动和强度变化来得到材料的应力应变信息。

纳米拉曼光谱测试法具有高分辨率、高灵敏度和无需预处理样品的优势,适用于研究各种微纳尺度材料的力学性能。

三、原子力显微镜测试法原子力显微镜测试法是一种通过扫描探针与样品表面之间的相互作用力量来测量微纳尺度材料的力学性能的方法。

原子力显微镜通过在纳米尺度下扫描材料表面,利用探针与样品之间的相互作用力量来绘制出材料的表面形貌和力学性能分布。

该测试方法具有高分辨率、高灵敏度和无需破坏性的优势,适用于研究微纳尺度材料的强度、硬度和弹性等力学性能。

四、纳米压缩试验法纳米压缩试验法是一种通过在微纳尺度下施加压缩载荷来测量材料的力学性能的方法。

该测试方法通常使用纳米机械测试仪,通过施加不同的载荷和测量材料的位移来计算材料的弹性模量和硬度等力学性能。

纳米压缩试验法具有高精确度、高可重复性和无需破坏性的优势,适用于研究微纳尺度材料的力学性能。

五、微纳尺度力学性能测试方法的应用微纳尺度力学性能测试方法在材料科学、纳米技术和生物医学等领域具有广泛的应用。

在材料科学中,这些测试方法可用于评估微纳尺度材料的力学性能和改善材料设计。

微纳测量机测头弹性结构的参数设计

微纳测量机测头弹性结构的参数设计

( CM M s )f o r a p r obe ,f ou r ki nds o f e l a s t i c s t r uc t u r e de s i gn s c he me s f or t h e p r ob e we r e p r op o s e d. A t hr e e — d i me ns i on a l s t i f f ne s s mo de l of e l a s t i c s t r uc t ur e was e s t a b l i s h e d b y me c ha n i c a l a na l y s i s . The
s t i f f ne s s e s of f ou r e l a s t i c s t r uc t ur e s we r e s i mu l a t e d by u s i ng f i ni t e e l e me n t a n a l y s i s s o f t wa r e A N SY S,
第 2 1 卷
第 1 O期
光 学 精 密 工 程
O pt i c s a n d Pr e c i s i on Eng i n e e r i n g
Vol _ 21 No.1 0 0c t . 2O1 3
2 0 1 3年 l O月
文章 编 号
1 0 0 4 9 2 4 X( 2 0 1 3 ) 1 0 — 2 5 8 7 — 0 7
Abs t r a c t : Ac c o r d i n g t o t he i s o t r o pi c r e qu i r e me n t s o f m i c r o — n a n o Coo r d i na t e M e a s u r i ng M a c h i n e s

微纳米测量与工艺

微纳米测量与工艺
2 E0 ei (π / 4+ P ) 2 2 E0 ei (3π / 4− P ) 2
E = 1P E = 1S
ϕ1P − ϕ1S = 2 P − π / 2
椭圆偏振法原理

反射线偏光的获得
X’ E’P
′ / ES ′ EP tgψ = E1P / E1S
′ − ϕS ′ ) − (ϕ1P − ϕ1S ) ∆ = (ϕ P




MEMS Lab-超净间

黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区




MEMS Lab-超净间

黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
电感 耦合 高频 等离 子体 (ICP)




MEMS Lab-超净间

黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
1.干氧: O2+si --> sio2 2.湿氧: H2O + Si -->sio2 + 2H2

d = T DSiO2 t
DSiO2 « DSi 足够的厚度
二氧化硅薄膜

薄膜质量检测

厚度测量

辨色法 干涉法 椭圆偏振法

缺陷检测

表面观察法 化学腐蚀法
金属薄膜

制作工艺和用途

导线,电极,焊盘;掩膜 蒸发,溅射

薄膜质量检测

厚度测量

称重法 电阻法 台阶法 椭圆偏振法 表面观察法
[110] 45° {110}n型 [100]
[110] [100]
{110}p型

微纳测试技术问答题

微纳测试技术问答题

1.微纳米测试技术包含的尺度范围是多少? 微纳米尺度测试对微纳米尺度制造技术发展有什么重要作用?答:(1)0.1nm-1mm。

(2)测试技术是微纳米技术的基础;测试技术是微纳米技术进一步发展的保障;测试技术也是微纳米技术应用的具体体现。

2.分析说明微纳米测试的特点和内涵?答:(1)被测尺度微小,处于微纳米级;样品小,样品固定困难;信号量相关时信号弱,信噪比小;微纳米测试尺度范围大107(nm-mm);现有ISO公差不适用;几何量测量中非接触方法使用多.(2)内涵:被测样品、工件的几何尺寸在微纳级;被测工件的精度在微纳级;上述样品相关性能的测试技术和测量方。

3.微纳米结构怎么来的?答:总体来讲:两种方法:Top-Down, 与Bottom-Up。

Top-Down方法是指从大的物体上去除材料形成需要的纳米结构,Bottom-up方法是通过物理、化学以及生物等作用,把小的物体(如原子、分子)拼装形成复杂的结构和系统。

4.试述真空镀膜中在线测量薄膜厚度的主要方法?答:主要方法是石英晶体法。

基本原理: 压电效应和质量负荷效应。

质量负荷效应:当石英晶体芯片上镀了某种膜层,使芯片的厚度增大,则芯片的固有频率会相应的衰减。

测厚原理:石英晶体膜厚监控仪就是通过测量频率或与频率有关的参量的变化而监控淀积薄膜的厚度。

5.薄膜厚度测量的三种方法的比较。

答:台阶仪适合于各种薄膜厚度的测量,测量前必须制备相应的台阶。

实验室最常用的厚度测试设备。

椭圆偏光仪的样品必须是透光或半透光,属于非破坏测量。

球磨法对硬脆膜的厚度测量非常简单有效,价格低廉,工业中应用广泛。

6.薄膜、小体积材料、微结构材料力性能测量方法有那些?答:结合强度(膜基、膜膜等)测量方法有划痕实验、引拉法,剥离法、推倒法、摩擦法超声法、离心法等。

应力(应变)测量方法有旋转指针法、基片弯曲法、谐振频率法、加载变形法、临界挠度法、XRD、鼓泡法等7.纳米压入法如何测量薄膜材料力学性能? 那些因素会影响薄膜力学性能的测量结果? Sinking-in和piling-up分别会对测量结果有何影响?答:(1)通过同步记录加、卸载过程中载荷和位移,获得连续载荷—位移曲线。

微纳测试技术.doc

微纳测试技术.doc

1、试分析原子间力有哪些种类?哪些对于原子力显微镜有-贡献?原子间力包括:离子键、共价键、排斥力、金属黏附力、范德华力其中:离子键是库仑力形成粒子之间吸引构成离子晶体结构;共价键是两个原子的电子云相互重叠形成吸引力,并且在几个埃内有较强的方向性和衰减性;排斥力来自库仑排斥力和泡利不相容原理形成的排斥力;金属黏附力来自自由共价电子形成的较强的金属键。

范德华力,其作用力较强,存在于各种原子和分子之间,有效距离为几个埃到几百个埃;原子力显微镜中扫描探针和样品之间存在多种相互作用力,例如范德华力、库仑力、磁力、静电力。

2、调研新型的探针技术?四探针法是材料学及半导体行业电学表征较常用的方法,其原理简单,能消除接触电阻影响,具有较高的测试精度。

由厚块原理和薄层原理推导出计算公式,并经厚度、辿缘效应和测试温度的修正即可得到精确测量值。

据测试结构不同,四探针法可分为直线形、方形、范德堡和改进四探针法,其中直线四探针法最为常用,方形四探针多用于微区电阻测量。

四探针法是材料学及半导体行业电学表征的常用方法。

随着微电子器件尺度持续减小,新型纳米材料研究不断深入,须将探针间距控制到亚微米及其以下范畴才能获得更高的空间分辨率和表面灵敏度。

近年来研究人员借助显微技术开发出两类微观四点探针测试系统,即整体式微观四点探针和独立四点扫描隧道显微镜探针系统,随着现代微加工技术的发展,当前探针间距已缩小到儿十纳米范围。

本文综述了微观四点探针技术近年来的研究进展,主要包括测试理论、系统结构与探针制备。

其中,特别详述了涉及探针制备的方法、技术及所面临问题,并展望了微观四点探针研究的发展方向,并给出了一•些具体建议。

参考文献:李建昌,王永,简晓慧,巴德纯.半导体表面电学特性微观四点探针测试技术研究进展[J].真空.2011(01)3、原子力显微镜的快速扫描技术?与其他表面分析技术相比,原子力显微镜具有一些独特的优点。

它可以实时获得具有原子力分辨级的样品表面三维图像,并旦可在真空、大气、液体等多种条件下工作,并不需要特殊的样品制备技术。

硬度的测定方法

硬度的测定方法

硬度的测定方法硬度是材料抵抗划伤、压痕和穿刺的能力,是材料力学性能的重要指标之一。

在工程材料的选择、加工和使用过程中,硬度的测定是至关重要的。

本文将介绍几种常用的硬度测定方法。

一、洛氏硬度测试。

洛氏硬度测试是最常见的一种硬度测试方法,它通过在试样表面施加一定载荷,然后测量压痕的直径或者深度来确定材料的硬度。

洛氏硬度测试方法分为洛氏硬度计和超洛氏硬度计两种类型,分别适用于不同的材料硬度范围。

二、布氏硬度测试。

布氏硬度测试是利用金属球或者金属锥头在试样表面施加一定载荷,通过测量压痕的直径或者深度来确定材料的硬度。

布氏硬度测试方法适用于金属材料和合金的硬度测定,具有简单、快速、准确的特点。

三、维氏硬度测试。

维氏硬度测试是利用金刚石三棱角锥头在试样表面施加一定载荷,通过测量压痕的对角线长度来确定材料的硬度。

维氏硬度测试方法适用于金属材料、陶瓷和淬火层的硬度测定,具有高精度、高重复性的特点。

四、洛克韦尔硬度测试。

洛克韦尔硬度测试是利用金刚石圆锥头在试样表面施加一定载荷,通过测量压痕的对角线长度来确定材料的硬度。

洛克韦尔硬度测试方法适用于金属材料、淬火层和薄板材料的硬度测定,具有高精度、适用范围广的特点。

五、超声硬度测试。

超声硬度测试是利用超声波在试样表面传播并反射,通过测量声波传播时间和反射强度来确定材料的硬度。

超声硬度测试方法适用于金属材料的硬度测定,具有无损伤、无污染、快速的特点。

六、微纳硬度测试。

微纳硬度测试是利用纳米压头在试样表面施加微小载荷,通过测量压痕的深度来确定材料的硬度。

微纳硬度测试方法适用于薄膜、涂层、纳米材料和生物材料的硬度测定,具有高分辨率、高灵敏度的特点。

综上所述,硬度的测定方法有多种多样,每种方法都有其适用范围和特点。

在实际工程中,我们需要根据材料的特性和要求选择合适的硬度测试方法,以确保测定结果的准确性和可靠性。

同时,对于不同的材料和形状,还可以结合多种硬度测试方法进行综合分析,以更全面地了解材料的硬度特性。

微纳晶体材料体膨胀系数测定和计算方法

微纳晶体材料体膨胀系数测定和计算方法

doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2020050036微纳晶体材料体膨胀系数测定和计算方法何端鹏, 于翔天, 王向轲, 邢 焰, 高 鸿, 李 岩(中国空间技术研究院材料可靠性中心,北京 100094)摘 要: 为解决微纳尺度晶体材料膨胀系数无法直接测量的现状,文章提出一种适用的测试思路及计算方法。

该方法基于材料在不同温度下的XRD 衍射图谱获得晶胞晶格常数,通过“晶格常数-温度”拟合,计算各个物相晶轴的线膨胀系数,进一步计算获得材料的体膨胀系数。

采用该方法对单相高锡焊料及多相PbSn 合金焊球进行测试,获取其体膨胀系数,证实方法有效可行。

该方法能够实现微纳尺度试样的体膨胀系数的测定,包括产品微构件、薄膜材料、电子元器件用引线及焊料等材料,具有对试样要求低、操作简单、表征高效的特点,为微纳晶体材料热膨胀系数的测定提供新思路,具有较强的应用价值。

关键词: 微纳尺度; 晶体材料; 热膨胀系数; XRD 中图分类号: N34;TB9;O551.3文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2021)01–0042–07Measurement and calculation of the volume coefficient of expansion formicro/nano crystalline materialsHE Duanpeng, YU Xiangtian, WANG Xiangke, XING Yan, GAO Hong, LI Yan (Material Reliability Center, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)Abstract : Herein, a method for measuring the volume coefficient of expansion of micro/nano-scale crystalline materials is proposed in order to solve the problem that the parameter is difficult to obtain directly. The volume coefficient of expansion of materials is calculated by using the linear expansion coefficient of crystal axes of each phase, which is available through linear fitting of lattice constant with temperature based on the calculated lattice constants from the XRD diffraction patterns at different temperatures. The examples of single-phase tin solder and multi-phase PbSn solder balls have proved the feasibility and effectiveness of the proposed method.This method can be used to measure the volume coefficient of expansion of micro/nano-scale samples,including the micro-sized structures, film materials, lead wires, solders and other materials for electronic components. This method is simple and efficient in operation without any specimen requirements. Therefore,the study provides a new way to measure the thermal expansion coefficient of micro/nano-scale materials,which has tremendous applicable value.Keywords : micro/nano-scale; crystalline materials; coefficient of thermal expansion; XRD收稿日期: 2020-05-08;收到修改稿日期: 2020-07-31基金项目: 电子元器件质量工程科研项目(2006WR0015,2019WR0012);电子元器件共性检测项目(1905WK0013)作者简介: 何端鹏(1990-),男,湖南邵阳市人,工程师,硕士,研究方向为航天材料质保及航天材料选用评价研究。

德国开姆尼茨工业大学微纳测试课件10

德国开姆尼茨工业大学微纳测试课件10
- 15 Dr.-Ing. Sebastian Voigt Prof. Jan Mehner
6. Direkte Bestimmung mechanischer Parameter
• Optisches Prinzip
[G. De Maria et al. / Sensors and Actuators A 175 (2012) 60– 72]
[femtotools]
[femtotools]
TU Chemnitz, Professur für Mikrosysteme und Medizintechnik
-4Dr.-Ing. Sebastian Voigt Prof. Jan Mehner
6. Direkte Bestimmung mechanischer Parameter
TU Chemnitz, Professur für Mikrosysteme und Medizintechnik
- 10 Dr.-Ing. Sebastian Voigt Prof. Jan Mehner
6. Direkte Bestimmung mechanischer Parameter
• Funktionsprinzip
TU Chemnitz, Professur für Mikrosysteme und Medizintechnik
-9Dr.-Ing. Sebastian Voigt Prof. Jan Mehner
6. Direkte Bestimmung mechanischer Parameter
• Funktionsprinzip
[R.A. Brookhuisa,, T.S.J. Lammerinka et al; 3D force sensor for biomechanical applications, Sensors and Actuators A 182 (2012) 28– 33]

微纳尺度材料与结构力学行为的原位测试方法研究

微纳尺度材料与结构力学行为的原位测试方法研究

微纳尺度材料与结构力学行为的原位测试方法研究引言:随着科技的不断进步,微纳尺度材料与结构力学行为的研究变得越来越重要。

微纳尺度材料具有独特的力学行为,与宏观材料存在明显差异。

因此,为了深入了解微纳尺度材料的力学行为,研究人员不断探索新的测试方法。

本文将介绍一些常用的原位测试方法,并讨论它们的应用和局限性。

一、原位拉伸测试方法原位拉伸测试方法是研究微纳尺度材料力学行为的常用方法之一。

它可以通过在显微镜下观察材料在拉伸过程中的变形行为,来获得材料的力学性能。

常见的原位拉伸测试方法包括纳米压痕法、纳米拉伸法等。

纳米压痕法是通过在材料表面施加压痕载荷,观察压痕的变形行为来获得材料的力学性能。

该方法可以直接测量材料的硬度、弹性模量等力学参数,同时还可以研究材料的塑性行为和断裂机制。

纳米拉伸法是通过在材料上施加拉伸载荷,观察材料的拉伸行为来获得材料的力学性能。

该方法可以测量材料的强度、断裂韧性等力学参数,同时还可以研究材料的断裂行为和断裂机制。

然而,原位拉伸测试方法也存在一些局限性。

由于材料的微纳尺度特性,测试过程中可能会受到环境条件的影响,例如温度、湿度等。

此外,由于测试方法的限制,有些材料的力学性能可能无法准确测量。

二、原位压缩测试方法原位压缩测试方法是研究微纳尺度材料力学行为的另一种常用方法。

与原位拉伸测试方法类似,原位压缩测试方法也可以通过观察材料在压缩过程中的变形行为来获得材料的力学性能。

常见的原位压缩测试方法包括纳米压痕法、纳米压缩法等。

纳米压痕法在原位压缩测试中同样起到重要的作用。

通过在材料表面施加压痕载荷,观察压痕的变形行为来获得材料的力学性能。

该方法可以测量材料的硬度、弹性模量等力学参数,同时还可以研究材料的塑性行为和断裂机制。

纳米压缩法是通过在材料上施加压缩载荷,观察材料的压缩行为来获得材料的力学性能。

该方法可以测量材料的强度、断裂韧性等力学参数,同时还可以研究材料的断裂行为和断裂机制。

微纳制造导论-检测技术

微纳制造导论-检测技术
检测技术
检测技术
一. 检测技术概述 二. 检测内容、原理及设备
一. 检测技术概述
定义:在工艺流程中为确定样品的物理和电学特性的技术和过程。 作用:使用测试设备和传感器来收集并分析关于样品参数和缺陷的
数据。工艺人员应用测试所得结果确保产品性能,并做出相应的工艺改善, 从而提高成品率。
意义:对样品性能的检测贯穿于整个制造工艺,以确保产品满足规
3D形貌图像及台阶测量
微分干涉表面分析
二. 检测内容、原理及设备
红外检测仪
1、傅立叶变换红外(FTIR)显微镜是进行此类微观分析的有力 工具,它不仅能探测小至微米量级的细微结构,还能鉴别各种有机 和无机成分。
2、红外热像仪可将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图 像,从而观察不透明样品中器件结构等。
台阶深度测量
粗糙度测量
二. 检测内容、原理及设备
激光共聚焦原理
2015/12/13
采用激光束作光源,激光束经照明针孔, 经由分光镜反射至物镜,并聚焦于样品上, 对标本焦平面上每一点进行扫描。 组织样品 中如果有可被激发的荧光物质,受到激发后 发出的荧光经原来入射光路直接反向回到分 光镜,通过探测针孔时先聚焦,聚焦后的光 被光电倍增管(PMT)探测收集,并将信号 输送到计算机,处理后在计算机显示器上显 示图像 。在这个光路中,只有在焦平面的光 才能穿过探测针孔,焦平面以外区域射来的 光线在探测小孔平面是离焦的,不能通过小 孔。因此,非观察点的背景呈黑色,反差增 加,成像清晰。由于照明针孔与探测针孔相 对于物镜焦平面是共轭的,焦平面上的点同 时聚焦于照明针孔与探测针孔,焦平面以外 的点不会在探测针孔处成像,即共聚焦。
范要求。因此,在MEMS制造过程中,检测质量非常重要,合理的检测方 案与严格的数据分析是产品制造的关键。

微纳尺度MEMS传感器制备和模型仿真技术表征与测试

微纳尺度MEMS传感器制备和模型仿真技术表征与测试

微纳尺度MEMS传感器制备和模型仿真技术表征与测试微纳尺度MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems,微机电系统)传感器是一种基于微纳技术制备的具有微机电一体化功能的传感器。

它具有尺寸小、功耗低、响应速度快、精度高等特点,广泛应用于工业控制、医疗设备和消费电子等领域。

在微纳尺度MEMS传感器的制备和模型仿真技术方面,表征与测试的重要性不可忽视。

首先,微纳尺度MEMS传感器的制备是保证其性能的关键。

微纳技术的发展为传感器的制备提供了一种精确控制器件尺寸和结构的方法。

制备过程中,需要采用高精度的光刻技术、扩散、沉积、蚀刻等工艺步骤来实现传感器的微纳尺度结构。

此外,传感器材料的选择也是制备过程中需要考虑的重要因素。

常用的材料有硅、玻璃和聚合物等。

通过不同的制备工艺和材料选择,可以实现不同类型和功能的微纳尺度MEMS传感器。

其次,模型仿真技术对于微纳尺度MEMS传感器的设计和性能分析具有重要意义。

借助仿真软件,可以对传感器的结构、材料和工艺参数进行模拟和优化。

通过建立传感器的数学模型,可以预测其在不同工作条件下的性能表现。

仿真结果可以为传感器设计提供重要参考,帮助工程师优化传感器的结构和工艺参数,提高其灵敏度、精度和可靠性。

第三,对微纳尺度MEMS传感器进行表征与测试是验证其性能的关键环节。

传感器性能的表征与测试包括静态和动态性能测试。

静态性能测试主要包括灵敏度、线性度、分辨率和稳定性等指标的测试。

而动态性能测试则关注传感器在响应时间、频率响应和抗干扰等方面的表现。

表征与测试的过程需要采用适当的测试设备和方法,如静电力和压力测量系统、微机电系统测试平台等。

通过表征和测试,可以全面了解传感器的性能特性,评估其是否满足设计要求。

在微纳尺度MEMS传感器制备和模型仿真技术表征与测试中,还有一些挑战需要克服。

首先,微纳尺度制备技术要求高度精确,制备过程容易受到环境和材料的干扰。

这要求研究人员采用高精度的设备和工艺控制方法,提高制备的一致性和可重复性。

微纳尺度机械材料性能测试与分析

微纳尺度机械材料性能测试与分析

微纳尺度机械材料性能测试与分析随着技术的发展和人们对材料性能需求的不断增加,微纳尺度机械材料的研究和应用越来越受到重视。

微纳尺度机械材料的性能测试和分析是评估材料质量和性能的重要手段,对于材料的研发、优化和应用具有重要意义。

1. 微纳尺度机械材料性能测试技术的发展随着微纳加工技术的成熟和先进仪器设备的使用,微纳尺度机械材料性能测试技术得到了迅猛发展。

常用的微纳尺度机械材料性能测试技术包括纳米硬度测试、纳米压痕测试、纳米拉伸测试等。

这些测试方法可以在微米或甚至纳米尺度上对材料的硬度、强度、韧性等性能进行精确测量。

2. 微纳尺度机械材料性能分析的方法微纳尺度机械材料性能分析是对测试数据进行处理和分析的过程,目的是获取材料的相关力学参数和性能指标。

常用的微纳尺度机械材料性能分析方法包括应力-应变曲线拟合、杨氏模量计算、断裂韧度计算等。

这些分析方法能够有效地从实验数据中提取有关材料性能的信息。

3. 微纳尺度机械材料性能测试与分析的挑战虽然微纳尺度机械材料性能测试与分析技术得到了长足的发展,但仍然存在一些挑战。

首先,微纳尺度的测试难度较大,要求测试设备和条件都要具备高精度和高稳定性。

其次,材料在微纳尺度下的力学性能可能与宏观尺度存在差异,需要对测试方法和数据分析进行修正和校正。

此外,材料在微纳尺度下的机械行为受到尺寸效应、表面效应等因素的影响,对于这些影响因素的研究也是一个重要的课题。

4. 微纳尺度机械材料性能测试与分析的应用微纳尺度机械材料性能测试与分析技术在材料科学、机械工程、电子工程等领域都有着广泛的应用。

在材料研发领域,微纳尺度机械材料性能测试与分析可以提供宏观尺度下无法得到的细节信息,为新材料的设计和优化提供依据。

在机械工程领域,微纳尺度机械材料性能测试与分析可以用于评估材料的结构疲劳性能,以及预测材料在微纳尺度下的变形和损伤行为。

在电子工程领域,微纳尺度机械材料性能测试与分析可以用于研究微纳电子器件的力学特性,以及改善和优化电子器件的性能。

材料的硬度知识点总结

材料的硬度知识点总结

材料的硬度知识点总结一、硬度的定义和分类硬度是材料抵抗外力作用而不易改变形状或被划伤的能力。

通俗来讲,硬度指的是一个物体表面抵抗其他物体的侵入能力。

硬度测试可以反映材料的抗划伤、变形和磨损性能。

根据硬度测试的原理和方法,硬度可以分为几种类型,包括洛氏硬度、巴氏硬度、维氏硬度、布氏硬度等。

这些不同的硬度测试方法可以用于不同种类的材料,如金属、塑料、陶瓷等。

二、硬度测试方法1. 洛氏硬度测试法洛氏硬度测试法是一种最常用的硬度测试方法,适用于金属和合金等材料的硬度测试。

其原理是利用金属球或金刚石圆锥头对被测试材料施加一定负荷,通过测量在规定负荷下形成的印记直径或深度来计算硬度值。

2. 布氏硬度测试法布氏硬度测试法适用于金属和合金的硬度测试。

其原理是使用不同形状的金属球或金刚石球头对被测材料进行压痕,并通过直观的方式来表示硬度值,是常用的金属硬度测试方法。

3. 巴氏硬度测试法巴氏硬度测试法适用于金属和塑料等材料的硬度测试。

测试时使用金刚石圆锥头对被测材料施加负荷,测定材料表面的压痕的对应深度或对应的硬度值。

4. 维氏硬度测试法维氏硬度测试法适用于薄板、薄壁材料和精细金属制品的硬度测试。

测试时使用金刚石或硬质合金球形或角形穿透头对被测材料施加静载,通过厘米尺或显微镜来测定压痕的对应长度或对应硬度值。

5. 洛氏超划痕硬度测试法洛氏超划痕硬度测试法适用于陶瓷、岩石等非金属材料的硬度测试。

测试时使用金刚石斜锥头对被测样品施加一定负荷,通过测量在规定负荷下形成的划痕长度来计算硬度值。

三、硬度与材料性能的关系硬度是材料的重要力学性能指标,与材料的其他性能密切相关。

硬度可以反映材料的抗划伤、抗变形和抗磨损能力,对于材料的功能和使用寿命具有重要意义。

硬度测试可以提供关于材料力学性能、耐磨性能和加工性能的重要信息,是材料科学研究和工程实践中不可或缺的工具。

1. 硬度与材料的强度和韧性硬度与材料的强度和韧性之间存在一定的关系。

微纳测试

微纳测试

第一章1、微纳米材料的三个特性是什么?答:微尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应。

2、微纳测试的研究内容是什么,并解释其内涵答:圆片级测试、管芯级测试和器件级测试。

MEMS圆片级测试主要解决MEMS在工艺线上制造过程中微结构与设计的符合性、微结构之间以及不同批次圆片间的一致性与重复性问题;管芯级测试主要解决封装前微器件的成品率的测试问题;器件级测试有两个方面的目的:其一是检测封装的质量,进行微器件的综合性能测试;另一方面则是考核微器件的可靠性,给出可靠性指标。

3、微纳测试方法有哪两大类答:接触式测试与非接触式测试。

4、微纳测试仪器有哪几类答:光学、电子学、探针等。

5、微纳测试的特点答:被测量的尺度小,一般在微纳米量级;以非接触测量为主要手段。

第二章1、试述光学法在微纳测量技术中的意义(同自动调焦法优点)答:由于是非接触测量,因而对被测表面不造成破坏,可测量十分敏感或柔软的表面;测量速度高,能扫描整个被测表面的三维形貌,且能测量十分复杂的表面结构;用这种方法制成的测量仪器可用在制造加工过程中实现自动化测量。

2、可见光的波长范围答:400~760nm3、凸透镜成像的5种形式答:形式1:当物距大于2倍焦距时,则像距在1倍焦距和2倍焦距之间,成倒立、缩小的实像。

此时像距小于物距,像比物小,物像异侧。

应用:照相机、摄像机。

形式2:当物距等于2倍焦距时,则像距也在2倍焦距,成倒立、等大的实像。

此时物距等于像距,像与物大小相等,物像异侧。

形式3:当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时,则像距大于2倍焦距,成倒立、放大的实像。

此时像距大于物距,像比物大,物像异侧。

应用:投影仪、幻灯机、电影放映机。

形式4:当物距等于1倍焦距时,则不成像,成平行光射出。

形式5:当物距小于1倍焦距时,则成正立、放大的虚像。

此时像距大于物距,像比物大,物像同侧。

应用:放大镜。

4、几何光学的成像原理、波动光学的成像原理答:几何光学成像原理:在均匀介质中,光线直线传播;光的反射定律;光的折射定律;光程可逆性原理。

电化学分析方法的微纳尺度探测

电化学分析方法的微纳尺度探测

电化学分析方法的微纳尺度探测电化学分析是一种通过测量电流和电势来研究物质的方法。

在过去的几十年里,随着纳米技术的发展,人们开始关注如何在微观和纳米尺度下进行电化学分析。

这种微纳尺度探测技术在材料科学、生物医学和能源领域都有广泛应用。

本文将介绍几种常见的微纳尺度电化学分析方法以及它们的应用。

1. 电化学扫描探针显微镜(Electrochemical Scanning Probe Microscopy,ESPM)电化学扫描探针显微镜是一种高分辨率的电化学表征方法,它可以在纳米尺度下对材料进行电位和电流的测量。

通过使用纳米尖端探针,可以在不同区域获取位置分辨率非常高的电流和电位图像。

ESPM在电池材料研究中的应用非常广泛,可以帮助科研人员了解材料的电化学性能和储能机制。

2. 单微粒电化学(Single Particle Electrochemistry,SPE)单微粒电化学是一种用于研究单个微粒电极的方法。

通过将微粒电极与电化学生物传感器结合,可以实现对微粒电极上的电化学反应进行实时监测。

SPE在生物医学领域中的应用非常广泛,例如用于检测肿瘤标记物和药物传递系统的电化学分析。

3. 电化学石墨烯(Electrochemical Graphene,ECG)电化学石墨烯是一种利用石墨烯材料进行电化学研究的方法。

由于石墨烯的高导电性和大表面积,ECG技术可以实现对微纳尺度上电化学反应的探测和调控。

ECG在能源储存和催化领域的应用前景广阔,例如用于制备高性能的电化学超级电容器和催化剂。

4. 纳米电化学池(Nanoelectrochemical Cells,NEC)纳米电化学池是一种将微纳尺度电极硅芯片与纳米流体技术结合的电分析方法。

通过控制电极尺寸和纳米流体的流动,可以实现对微纳尺度区域的电位和电流测量。

NEC在生物分析和材料表征中有着广泛的应用,例如用于检测单个细胞中的电流和电荷转移。

5. 电化学纳米探针(Electrochemical Nanoprobes,ENPs)电化学纳米探针是一种利用纳米尺度电极探针进行电位和电流测量的方法。

微纳电子器件的测试与可靠性评估研究

微纳电子器件的测试与可靠性评估研究

微纳电子器件的测试与可靠性评估研究第一章引言随着现代科技的进步,电子器件逐渐从大型集成电路(IC)发展到微纳电子器件。

微纳电子器件因其超小尺寸和高度集成的特点,具有广泛的应用前景。

然而,由于尺寸的缩小和工艺的复杂性,微纳电子器件在测试与可靠性评估方面面临着很多挑战。

因此,对微纳电子器件的测试方法和可靠性评估进行深入的研究具有重要意义。

第二章微纳电子器件的测试方法2.1 电学测试电学测试是目前最常用的微纳电子器件测试方法之一。

通过对电流和电压的测量,可以评估器件的特性和性能。

电学测试可以用来检测器件的导通、阻断、电流和电压容限等参数。

常用的电学测试方法包括静态参数测试和动态参数测试。

2.2 光学测试光学测试可以用来评估微纳电子器件的光学特性。

通过测量光学参数如反射率、透过率、吸收率等,可以了解器件在不同光照条件下的性能。

光学测试可以使用各种光学仪器,包括反射率仪、透射率仪、激光干涉仪等。

2.3 热学测试热学测试可以评估微纳电子器件的热特性。

通过测量器件的热导率、热电效应、热膨胀等参数,可以了解器件在不同温度下的性能。

常用的热学测试方法包括热电力学分析仪、热导率测试仪等。

第三章微纳电子器件的可靠性评估方法3.1 寿命测试寿命测试是评估微纳电子器件可靠性的常用方法之一。

通过加速寿命测试和长期寿命测试,可以了解器件在不同使用环境下的寿命情况。

寿命测试可以使用温度循环测试、湿热循环测试、电压应力测试等方法。

3.2 应力测试应力测试可以评估微纳电子器件在不同应力条件下的可靠性。

应力测试可以通过施加机械应力、热应力、电应力等方式进行。

常用的应力测试方法包括机械应力测试、热应力测试、电应力测试等。

3.3 可靠性建模可靠性建模是评估微纳电子器件可靠性的重要方法之一。

通过构建数学模型,可以预测器件在不同工作条件下的可靠性。

常用的可靠性建模方法包括Weibull分布模型、Arrhenius模型等。

第四章微纳电子器件测试与可靠性评估的挑战4.1 尺寸效应由于微纳电子器件的尺寸越来越小,尺寸效应对测试和可靠性评估造成了很大的挑战。

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第一章1、微纳米材料的三个特性是什么?答:微尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应。

2、微纳测试的研究内容是什么,并解释其内涵答:圆片级测试、管芯级测试和器件级测试。

MEMS圆片级测试主要解决MEMS在工艺线上制造过程中微结构与设计的符合性、微结构之间以及不同批次圆片间的一致性与重复性问题;管芯级测试主要解决封装前微器件的成品率的测试问题;器件级测试有两个方面的目的:其一是检测封装的质量,进行微器件的综合性能测试;另一方面则是考核微器件的可靠性,给出可靠性指标。

3、微纳测试方法有哪两大类答:接触式测试与非接触式测试。

4、微纳测试仪器有哪几类答:光学、电子学、探针等。

5、微纳测试的特点答:被测量的尺度小,一般在微纳米量级;以非接触测量为主要手段。

第二章1、试述光学法在微纳测量技术中的意义(同自动调焦法优点)答:由于是非接触测量,因而对被测表面不造成破坏,可测量十分敏感或柔软的表面;测量速度高,能扫描整个被测表面的三维形貌,且能测量十分复杂的表面结构;用这种方法制成的测量仪器可用在制造加工过程中实现自动化测量。

2、可见光的波长范围答:400~760nm3、凸透镜成像的5种形式答:形式1:当物距大于2倍焦距时,则像距在1倍焦距和2倍焦距之间,成倒立、缩小的实像。

此时像距小于物距,像比物小,物像异侧。

应用:照相机、摄像机。

形式2:当物距等于2倍焦距时,则像距也在2倍焦距,成倒立、等大的实像。

此时物距等于像距,像与物大小相等,物像异侧。

形式3:当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时,则像距大于2倍焦距,成倒立、放大的实像。

此时像距大于物距,像比物大,物像异侧。

应用:投影仪、幻灯机、电影放映机。

形式4:当物距等于1倍焦距时,则不成像,成平行光射出。

形式5:当物距小于1倍焦距时,则成正立、放大的虚像。

此时像距大于物距,像比物大,物像同侧。

应用:放大镜。

4、几何光学的成像原理、波动光学的成像原理答:几何光学成像原理:在均匀介质中,光线直线传播;光的反射定律;光的折射定律;光程可逆性原理。

波动光学成像原理:光的干涉;光的衍射;光的偏振。

5、显微镜与望远镜的异同点答:显微镜与望远镜的相同点:(1)都是先成实像,后成虚像(2)他们的目镜都相当于放大镜成正立放大虚像。

显微镜与望远镜的不同点:(1)显微镜的物镜相当于投影机成倒立放大实像;(2)望远镜的物镜相当于照相机成倒立缩小的实像(3)显微镜的放大倍数:物镜放大倍数乘以目镜放大倍数,而望远镜则不是。

(4)显微镜物镜焦距小,目镜焦距大,望远镜物镜焦距大,目镜焦距小。

简称—显物小,望物大6、光学显微镜的分辨率是由目镜决定还是由物镜决定的,为什么答:样品上的最小分辨距离,即分辨率,实际上是由物镜来决定的。

原因:物镜中的限制圆孔直接影响着形成衍射斑的大小,而圆孔的直径直接与物镜的直径相关:物镜的数值孔径(NA)决定着物镜中部衍射圆孔的大小。

由最小分辨率的公式可知,物镜的数值孔径越大,能够分辨的最小距离越短。

7、光学显微镜的放大倍数是由什么决定的答:放大倍数为物镜和目镜的放大倍数之积。

8、什么是数值孔径,如何提高显微镜的分辨率答:数值孔径N·A=n sina/2数值孔径越大,分辨率越高,因此增加数值孔径、减小波长、将物镜浸液可以提高显微镜的分辨率。

9.利用波动光学可以形成哪些测试仪器答:干涉仪、衍射仪、测量显微镜(劳埃德镜、迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、泰曼-格林干涉仪、法布里-珀罗干涉仪等)10、自动调焦法的优缺点答:优点:由于是非接触测量,因而对被测表面不造成破坏,可测量十分敏感或柔软的表面;测量速度高,能扫描整个被测表面的三维形貌,且能测量十分复杂的表面结构;用这种方法制成的测量仪器可用在制造加工过程中实现自动化测量。

缺点:被测物体表面的反射光能力不同,用自动调焦法测量时,对被测物体表面的光反射度有要求,通常应大于2%11、自动调焦法测量微位移的原理,与金刚石探针接触测量法相比,自动调焦法有哪些特点答:原理:自动调焦法源于CD技术。

由红外光二极管发出的激光束,经准直镜准直后成为一束平行光,该平行光又经能实现焦距跟踪功能的扫描物镜被聚焦在被测物的表面上。

被测物表面所反射的发散光以和入射光相反的方向返回,其中一部分经分光镜分光后入射到聚焦检测器上,形成一个光点。

该光点位置根据被测表面结构可能有3中不同情形:光点在检测器平面上、光点在检测器平面之前、光点在检测器平面之后。

由上述两种离焦信号产生一个控制电平信号,用于驱动一个动圈式马达,使扫描物镜跟随运动,直至使扫描物镜能到达聚焦位置为止。

物镜便能始终跟随被测物表面结构的轮廓,由此产生的垂直方向的位移经一个电感式位移传感器转变成测试信号被记录下来。

特点:与金刚石探针接触测量相比,自动调焦法的光点直径要小得多,因而能获取表面的十分细微的结构特征。

由于自动测焦法是非接触测量,又是主动调节,因而较金刚石探针测量法,它响应更快,对外部振动较少敏感。

12、什么是三角法,它的用途什么,三角法测量分为哪两种答:1)光学三角法是用一束激光经光学系统调节后照射到被测物体表面,形成一小光斑,经被测物体表面反射后的光线通过成像物镜汇聚成像在光电探测器的光接收面上。

被测点的位移信息由该光点在探测器的光接收面上所形成的像点位置决定。

当被测物体移动时,光斑相对于物镜的位置发生改变,相应的其像点在光探测器接收面上的位置也将发生改变,根据其像点位置的变化和测量系统的结构参数可求出被测点的位移信息。

由于入射光线和反射光线构成一个三角形,所以该方法被称为光学三角法。

2)测量被测表面的形貌3)斜光学三角法和直光学三角法两种13、三角法测量中有哪几种检测方案答:一般有三种,位置敏感探测器(PSD)、CCD线阵探测器、差动式光电二极管。

14、影响三角法测量精度的因素有哪些答:(1)表面粗糙度的影响(2)被测表面微结构的影响(3)散斑的影响第三章1、分辨力、分辨率、放大倍数的基本概念答:分辨力:显示装置能有效辨别的最小的示差值分辨率:显示分辨率(屏幕分辨率)是屏幕图像的精密度,是指显示器所能显示的像素有多少。

放大倍数:像与物体的尺寸的比值2、人眼、光学显微镜、透射电镜、电子扫描显微镜、探针显微镜的分辨力答:人眼晴分辩率:0.1mm以上;光学显微镜极限分辩本领是光波的半波长:可见光最短0.4um(半波长:0.2um);透射电镜:点分辨(0.3-0.5nm),晶格分辨(0.1-0.2nm);电子扫描显微镜:(6-10nm);探针显微镜:原子级(0.1nm);3、如何提高望远镜与显微镜的分辨率答:对望远镜,λ不变,尽量增大透镜孔径D,以提高分辨率。

对显微镜,主要通过减小波长来提高分辨率。

4、显微镜的光学参数:放大倍数,工作距离,景深,视场答:放大倍数:指物体经物镜、目镜两次成像后眼睛所能看到像的大小对原物体大小的比值。

是物镜的横向放大率m与目镜的角放大率α的乘积。

显微镜配有放大倍数不同的物镜和目镜,各厂家均已在物镜和目镜上标出各自的放大倍数,两者相乘即可。

工作距离:就是从物镜的前表面中心到被观察标本之间的距离。

景深:当显微镜调焦于某一物平面时,如果位于其前或后的物平面仍能被观察者看清楚,则该二平面之间的距离叫做景深。

视场:从显微镜中能看到的圆形范围叫视场(又叫视野)。

5、光学显微镜有哪几部分组成答:光学显微镜一般由载物台、聚光照明系统、物镜,目镜和调焦机构组成。

6、激光扫描显微镜有哪两种工作模式答:一种是自聚焦扫描方式,一种是共焦扫描方式。

7、简述共聚焦扫描显微镜的基本原理,并说明如何产生一副完整的图像答:利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测,来自光源的光通过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上,该点所发射的荧光成像在探测针孔上,该点以外的任何发射光均被探测针孔阻挡。

照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点来说是共轭的,因此被探测点即共焦点,被探测点所在的平面即共焦平面。

计算机以像点的方式将被探测点显示在计算机屏幕上,为了产生一副完整的图像,由光路中的扫描系统在样品焦平面上扫描,从而产生一副完整的共焦图像。

8、共聚焦显微镜的有点答:(1)采用了共聚焦原理,几乎完全排除了杂散光的影响,可获高清晰度、高分辨率的图像。

(2)高放大倍数、高分辨力(3)制样简单,与普通偏光显微镜相同,无需扫描电镜所要求的专门制样技术。

特别是可观察弱荧光和荧光碎灭很快的样品(4)具有一定深度的穿透力,可进行分层扫描,获得不同穿透深度的图像及三位重组立体图像。

(5)三位定量测定。

9、电子束与固体表面作用会产生哪些信号,这些信号有什么用途答:可产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、荧光、非弹性散射电子、透射电子、绕散射电子、X射线等信号。

用途:将这些信号用探测器收集起来,并转换为电流信号,再送到显像管就可转变为图像。

由于从样品表面散射或发射的电子与样品表面的固有特性有直接关系,所以能得到样品表面结构的信息。

10、电子显微镜有哪两种答:透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)11、透射电子显微镜与光学显微镜有哪些异同点答:相同点:透射电子显微镜是利用电子的波动性来观察固体材料内部的各种缺陷和直接观察原子结构的仪器。

尽管复杂得多,它在原理上基本模拟了光学显微镜的光路设计,简单化地可将其看成放大倍率高得多的成像仪器。

不同点:一般光学显微镜放大倍数在数十倍到数百倍,特殊可到数千倍。

而透射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间,有些甚至可达数百万倍或千万倍;透射电子显微镜是以波长很短的电子束做照明源,而普通光学显微镜采用全视场均匀照明。

12、根据加速电压的大小,透射电子显微镜可以分为哪几种,其加速电压为多少答:(1)一般TEM。

最常用的是100KV电镜。

(2)高压TEM。

目前常用的是200KV电镜。

(3)超高压TEM。

目前已有500KV、1000KV和3000KV的超高压TEM。

13、透射电子显微镜有哪几部分组成答:透射电镜一般是由电子光学部分、真空系统和供电系统三大部分组成。

14、透射电子显微镜的样品分为哪两种,对样品有什么要求答:间接样品和直接样品;要求:(1)供TEM分析的样品必须对电子束是透明的,通常样品观察区域的厚度以控制在约100~200nm为宜。

(2)所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。

因此,样品制备时不可影响这些特征,如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。

15、扫描电子显微镜的工作原理答:是用一束极细的电子束扫描样品,在样品表面激发出次级电子,次级电子的多少与样品表面结构有关,次级电子由探测器收集,信号经放大用来调制荧光屏上电子束的强度,显示出与电子束同步的扫描图像。

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