ИЗМЕРЕНИЕ ПРОФИЛЯ МИКРОРЕЛЬЕФА НАНОПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛА ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ РАССЕИВАЕМОЙ ИМ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ

Abstract

Развитие промышленных стран невозможно без создания современной высокотехнологичной отрасли промышленности. Это означает, что нанотехнологии определяют направление движения исследований – ключевые структуры технологических процессов нанообъектов. Данный факт обусловливает актуальность исследования поверхностных явлений и свойств получаемых материалов. Разнообразие создаваемых новых материалов ставит практические задачи по созданию универсальных методов исследования поверхностных взаимодействий, чтобы получить достоверные и надѐжные результаты при минимальных затратах времени и усилий. В процессе определения сил взаимодействия между остриѐм иглы кантилевера и материалом возникают силы отталкивания и притяжения, которые влияют на кривую сила – расстояние, что, в свою очередь, меняет параметры колебаний амплитуды и фазы. Для получения правильного изображения рельефа поверхности в полуконтактном режиме в систему микроскопа введены четырѐхсекционный фотодиод и сканер, снабжѐнный обратной связью и двойным сервоприводом, управляемый пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором (ПИД - регулятором). При подаче напряжения на кантилевер между его остриѐм иглы и поверхностью материала появляется заряд, который следует за его движением. Явление повторяется без подачи напряжения, когда расстояние между концом иглы кантилевера и поверхностью материала близко к 1 нм. Энергия рассеивается по поверхности материала, меняя силы взаимодействия в точке контакта, которая зависит от расстояния и несовпадения структуры поверхности. Эта энергия аналогична явлениям упругого гистерезиса, имеющим нелинейную функцию. Наблюдается явление гистерезиса, где амплитуда, частота и фаза колебаний содержат информацию о рассеивании энергии, и поэтому систему необходимо рассматривать согласно закону о сохранении энергии. Представлена расчѐтная схема динамической модели, приведены формулы для расчѐта средней мощности рассеиваемой энергии при движении кантилевера, определена формула расчѐта для величины мощности между концом иглы кантилевера и поверхностью