磁致伸缩薄膜悬臂梁挠度分析及其在原子力显微镜上的应用

bb20920d · 发表于 2022-5-8 19:01:24

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近十几年来，微机-电系统和纳机-电系统迅速发展，悬臂梁和悬臂梁阵列是其中常用的控制与执行元件。稀土超磁致伸缩材料由于具有低场大应变的特点，常被应用于微、纳-机电系统中悬臂梁元件的制备。目前，大多数研究机构对磁致伸缩薄膜材料的研究，都集中于其成分设计和制备工艺的优化，理论方面的研究相对较少。而现有的关于磁致伸缩薄膜悬臂梁结构自由端挠度和磁致伸缩系数的研究，一般是采用能量最小化法和有限元法进行的。这两种方法一般均需要假设薄膜厚度远小于基片厚度，而且材料为各项同性，有很大的局限性。由于磁致伸缩薄膜系统实际一般为各向异性，并且近年来，为了在同样的外加磁场下，得到更大的磁致伸缩响应，实验中使用的薄膜均较厚，甚至厚度与基片相同，传统公式的应用就受到了限制。力学的方法相比以上两种要简单，而且理论上能够得出一致的分析结果。因此，本文采用力学的方法，结合材料力学和磁性参数，对磁致伸缩薄膜悬臂梁结构进行了研究。目前，原子力显微镜的工作原理一般是基于光学检测法或隧道电流检测法，将磁致伸缩悬臂梁应用于原子力显微镜的成像系统的方法还未实际得到运用。本文利用测量获得的磁性材料参数，计算在原子力显微镜悬臂梁上附着的薄膜的各项参数，从理论上证明了将磁致伸缩薄膜悬臂梁应用于原子力显微镜的可能性。据此，有可能建立一种用于测量薄膜态磁致伸缩材料参数的新方法。

磁致伸缩薄膜悬臂梁挠度分析及其在原子力显微镜上的应用

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