Исследование резонанса кантилеверов из тонких полимерных плёнок

Далее из полученных и имеющихся плёнок необходимо изготовить кантилевер. Первые варианты кантилеверов, представляли собой прямоугольные пластинки шириной 0.5−0.7мм и длинной несколько миллиметров. Они были вырезаны из плёнок при помощи обычного бритвенного лезвия. Затем эти пластинки устанавливались в держатель атомно-силового микроскопа. При помощи стандартного режима работы были определены резонансные частоты собственных колебаний кантилевера. Примеры резонансных кривых приведены на рисунке 3.2. На резонансных кривых видны несколько пиков. Один из них, обычно самый высокий определяет частоту собственных колебаний в плоскости параллельной длинной стороне кантилевера. Остальные пики могут появляться либо вследствие колебаний в других плоскостях и их гармоник, либо являться гармониками основного пика. Теоретические формулы для частоты собственных колебаний пластины различаются в зависимости от предположений, в которых они были выведены, но во всех них присутствует обратно квадратичная зависимость от длины пластины. Для проверки согласования с теорией измерялась собственная частота пластины, затем пластина укорачивалась её в два раза и снова измерялась её частота. Как и предсказывала теория, частота увеличивалась в четыре раза. Добротность таких систем составляла от 10 до 100. Измерение резонансных характеристик очень важно для проверки возможности использования таких объектов в качестве кантилеверов. Возможно, в будущем, можно будет создавать сенсоры работающие не только в статическом режиме, но и в динамическом, т. е. фиксирующие изменение резонансной частоты.

Для создания сенсоров и электронного носа кантилеверы были усовершенствованы. Необходимо было получить возможность создавать кантилеверы одинаковых, заданных размеров, а также научится делать наборы кантилеверов одинаковой ширины и длины, прикреплённых к общему основанию. Для решения этих задач была собрана простая установка. кантилевер сенсор полимерный микроскопия Она состоит из нескольких, соединённых друг с другом лезвий. Расстояние между режущими кромками лезвий определяет ширину кантилевера и может варьироваться. Количество лезвий определяет число кантилеверов в массиве. Этот набор лезвий жёстко закреплён на общей панели. Вся эта конструкция установлена на платформе, которая обеспечивает передвижение лезвий в трёх направлениях. Закрепление осуществлено так, что режущие кромки всех лезвий находятся на одном уровне и обращены вниз. Полимерная плёнка закрепляется на столике под лезвиями, которой может перемещаться параллельно лезвиям. При помощи этого приспособления можно вырезать из полимерной плёнки несколько параллельных полос одинаковой толщины. Удалив каждую вторую полосу и боковые, неразрезанные части, мы получим массив одинаковых кантилеверов на общем основании (Рис. 3.4.). Пока изготавливались массивы только из двух кантилеверов из плёнки от канцелярского файла с золотым.

Рис Изображение в оптическом микроскопе набора из двух кантилеверов изготовленных из полимерной плёнки с золотым напылением.

напылением. Размеры каждого кантилевера составили ~1500×350×3 мкм. Их резонансные характеристики также изучались. На рисунке 3.5 приведены резонансные кривые для обоих балок. Можно видеть, что положение максимумов совпадают. Это может свидетельствовать о совпадении характеристик обоих кантилевера массива. Добротность составила от 10 до нескольких десятков.