Кантилевер это

Кантилевер это Кантилевер это Кантилевер это Кантилевер это

Кантиле́вер (англ. cantilever — кронштейн, консоль) — устоявшееся название наиболее распространенной в сканирующей атомно-силовой микроскопии конструкции микромеханического зонда.

Устройство

Кантилевер представляет собой массивное прямоугольное основание, размерами примерно 1,5×3,5×0,5 мм, с выступающей из него балкой (собственно кантилевером), шириной порядка 0,03 мм и длиной от 0,1 до 0,5 мм.
на из сторон балки является зеркальной (иногда для усиления отражённого лазерного сигнала на неё напыляют тонкий слой металла, например, алюминия), что позволяет использовать оптическую систему контроля изгиба кантилевера. На противоположной стороне балки на свободном конце находится игла, взаимодействующая с измеряемым образцом. Форма иглы может значительно изменяться в зависимости от способа изготовления. Радиус острия иглы промышленных кантилеверов находится в пределах 5—90 нм, лабораторных — от 1 нм.

Изготовление

Как правило, вся конструкция, за исключением, быть может, иглы, является кремниевым монокристаллом. Также кантилеверы изготавливают из нитрида кремния (Si3N4) или полимеров. Процесс производства схож с производством кремниевого электронного оборудования, и включает сухое либо жидкофазное вытравливание подложки. Таким образом, кантилеверы удобны для массового производства.

Принцип работы

Следующие два уравнения являются ключевыми для понимания принципа работы кантилеверов. Первое — так называемая формула Стоуни (англ. Stoney’s formula), которое связывает отклонение конца балки кантилевера δ с приложенным механическим напряжением σ:

<math> delta = frac{3sigmaleft(1 — nu right)}{E} left(frac{L}{t}right)^2 </math>

где ν — коэффициент Пуассона, <math>E</math> — модуль Юнга, <math>L</math> — длина балки, и <math>t</math> — толщина балки кантилевера. Отклонение балки регистрируется чувствительными оптическими и емкостными датчиками.


Второе уравнение устанавливает зависимость коэффициента упругости кантилевера <math>k</math> от его размеров и свойств материала:

<math> k = frac{F}{delta} = frac{Ewt^3}{4L^3} </math>

где <math>F</math> — приложенная сила, и <math>w</math> — ширина кантилевера. Коэффициент упругости связан с резонансной частотой кантилевера <math>omega_0</math> по закону гармонического осциллятора:

<math>omega_0 = sqrt{k/m}</math>.

Изменение силы, приложенной к кантилеверу может привести с сдвигу резонансной частоты. Сдвиг частоты может быть измерен с большой точностью по принципу гетеродин.

Одной из важных проблем при практическом использовании кантилевера является проблема квадратичной и кубической зависимости свойств кантилевера от его размеров. Эти нелинейные зависимости означают, что кантилеверы довольно чувствительны к изменению параметров процесса. Контроль остаточной деформации также может представлять сложность.

См. также

  • Сканирующий атомно-силовой микроскоп
  • Сканирующий зондовый микроскоп
  • Нитрид кремния
  • Консольная балка (англ. Cantilever, общее значение)

Ссылки

  • [www.nanometer.ru/2007/06/06/kantilever_2629.html Наноазбука: кантилевер].

Отрывок, характеризующий Кантилевер

– Те же часы и станок, еще математика и мои уроки геометрии, – радостно отвечала княжна Марья, как будто ее уроки из геометрии были одним из самых радостных впечатлений ее жизни.
Когда прошли те двадцать минут, которые нужны были для срока вставанья старого князя, Тихон пришел звать молодого князя к отцу. Старик сделал исключение в своем образе жизни в честь приезда сына: он велел впустить его в свою половину во время одевания перед обедом. Князь ходил по старинному, в кафтане и пудре. И в то время как князь Андрей (не с тем брюзгливым выражением лица и манерами, которые он напускал на себя в гостиных, а с тем оживленным лицом, которое у него было, когда он разговаривал с Пьером) входил к отцу, старик сидел в уборной на широком, сафьяном обитом, кресле, в пудроманте, предоставляя свою голову рукам Тихона.
– А! Воин! Бонапарта завоевать хочешь? – сказал старик и тряхнул напудренною головой, сколько позволяла это заплетаемая коса, находившаяся в руках Тихона. – Примись хоть ты за него хорошенько, а то он эдак скоро и нас своими подданными запишет. – Здорово! – И он выставил свою щеку.
Старик находился в хорошем расположении духа после дообеденного сна. (Он говорил, что после обеда серебряный сон, а до обеда золотой.) Он радостно из под своих густых нависших бровей косился на сына.
язь Андрей подошел и поцеловал отца в указанное им место. Он не отвечал на любимую тему разговора отца – подтруниванье над теперешними военными людьми, а особенно над Бонапартом.
– Да, приехал к вам, батюшка, и с беременною женой, – сказал князь Андрей, следя оживленными и почтительными глазами за движением каждой черты отцовского лица. – Как здоровье ваше?
– Нездоровы, брат, бывают только дураки да развратники, а ты меня знаешь: с утра до вечера занят, воздержен, ну и здоров.
– Слава Богу, – сказал сын, улыбаясь.
– Бог тут не при чем. Ну, рассказывай, – продолжал он, возвращаясь к своему любимому коньку, – как вас немцы с Бонапартом сражаться по вашей новой науке, стратегией называемой, научили.
Князь Андрей улыбнулся.
– Дайте опомниться, батюшка, – сказал он с улыбкою, показывавшею, что слабости отца не мешают ему уважать и любить его. – Ведь я еще и не разместился.
– Врешь, врешь, – закричал старик, встряхивая косичкою, чтобы попробовать, крепко ли она была заплетена, и хватая сына за руку. – Дом для твоей жены готов. Княжна Марья сведет ее и покажет и с три короба наболтает. Это их бабье дело. Я ей рад. Сиди, рассказывай. Михельсона армию я понимаю, Толстого тоже… высадка единовременная… Южная армия что будет делать? Пруссия, нейтралитет… это я знаю. Австрия что? – говорил он, встав с кресла и ходя по комнате с бегавшим и подававшим части одежды Тихоном. – Швеция что? Как Померанию перейдут?
Князь Андрей, видя настоятельность требования отца, сначала неохотно, но потом все более и более оживляясь и невольно, посреди рассказа, по привычке, перейдя с русского на французский язык, начал излагать операционный план предполагаемой кампании.
рассказал, как девяностотысячная армия должна была угрожать Пруссии, чтобы вывести ее из нейтралитета и втянуть в войну, как часть этих войск должна была в Штральзунде соединиться с шведскими войсками, как двести двадцать тысяч австрийцев, в соединении со ста тысячами русских, должны были действовать в Италии и на Рейне, и как пятьдесят тысяч русских и пятьдесят тысяч англичан высадятся в Неаполе, и как в итоге пятисоттысячная армия должна была с разных сторон сделать нападение на французов. Старый князь не выказал ни малейшего интереса при рассказе, как будто не слушал, и, продолжая на ходу одеваться, три раза неожиданно перервал его. Один раз он остановил его и закричал:

wiki-org.ru

Что такое кантилевер

Чтобы говорить о кантивлевере, сначала нужно сказать об элементе фигурного катания — «кораблик». Так как он — это основа, а кантилевер — уже его производная.

«Кораблик» находится в разряде спиралей. Данный элемент выполняется на внутренних или наружных ребрах коньков (соответственно, может быть внешним и внутренним). Фигурист находится во второй хореографической позиции (коньки разведены в стороны, пятки направлены внутрь, носки − наружу, располагаются на одной прямой линии). Расстояние между пятками должно быть равным или превышать длину стопы. Вращение происходит при полностью выпрямленных в коленях ногах.


Канитилевер — несколько усложненный «кораблик», главное его отличие заключается в том, что выполняется он с согнутыми в коленях ногами и наклоненным назад корпусом. Возможно, исполнение больше похоже на «мостик» с касанием одной или двумя руками льда.

История элемента

Впервые элемент «cantilever» был продемонстрирован на одном из представлений, которые устраивали в Америке комики-фигуристы, известные как «Фрик и Фрак». Именно они и являются его изобретателями.

Фигурное катание постоянно развивается, но кантилевер по-прежнему не утратил популярности. Очень эффектно этот элемент выглядел на Олимпиаде в корейском Пхенчхане в исполнении японского спортсмена Шома Уно, ставшего серебряным призером.

Техника выполнения

Как и любой другой элемент, кантилевер сначала отрабатывается на полу в зале. Тут техника достаточно проста и понятна:

  • вторая хореографическая позиция;
  • ноги сгибаются таким образом, чтобы максимально перенести вес нижней части тела вперед (на ноги), а вес туловища − назад (то есть удерживать его необходимо за счет мышц пресса);
  • положение тела при исполнении кантилевера максимально похоже на акробатический «мостик». Можно его сравнить еще и с танцем-игрой лимбо (когда необходимо, отклонившись назад, пройти под низко закрепленной горизонтальной планкой).

В первую очередь это понятие относится к классическому балету. Но если у спортсмена не получается ни первая, ни вторая позиция, то говорить об исполнении «кораблика», в принципе, не стоит.

Сегодня многие фигуристы включают кантилевер в программы своих выступлений на различных соревнованиях. Несмотря на сложность выполнения такого элемента, он используется не только в мужском фигурном катании. Девушки-одиночницы активно наполняют программы сложнейшими связками, например, юная российская спортсменка Александра Трусова, исполняющая четверной прыжок, умудряется выпрыгивать лутц из положения кантилевера. Как ей это удается, остается загадкой, но, скорее всего, это симбиоз таланта и упорных тренировок.

sportotip.ru

Содержание

  • 1 Устройство
  • 2 Изготовление
  • 3 Принцип работы
  • 4 См также
  • 5 Ссылки

Устройствоправить

Кантилевер представляет собой массивное прямоугольное основание, размерами примерно 1,5×3,5×0,5 мм, с выступающей из него балкой собственно кантилевером, шириной порядка 0,03 мм и длиной от 0,1 до 0,5 мм Одна из сторон балки является зеркальной иногда для усиления отражённого лазерного сигнала на неё напыляют тонкий слой металла, например, алюминия, что позволяет использовать оптическую систему контроля изгиба кантилевера На противоположной стороне балки на свободном конце находится игла, взаимодействующая с измеряемым образцом Форма иглы может значительно изменяться в зависимости от способа изготовления Радиус острия иглы промышленных кантилеверов находится в пределах 5—90 нм, лабораторных — от 1 нм

Изготовлениеправить


Как правило, вся конструкция, за исключением, быть может, иглы, является кремниевым монокристаллом Также кантилеверы изготавливают из нитрида кремния Si3N4 или полимеров Процесс производства схож с производством кремниевого электронного оборудования, и включает сухое либо жидкофазное вытравливание подложки Таким образом, кантилеверы удобны для массового производства

Принцип работыправить

Следующие два уравнения являются ключевыми для понимания принципа работы кантилеверов Первое — так называемая формула Стоуни англ Stoney’s formula, которое связывает отклонение конца балки кантилевера δ с приложенным механическим напряжением σ:

δ = 3 σ 1 − ν E L t 2 leftright^

где ν — коэффициент Пуассона, E  — модуль Юнга, L  — длина балки, и t  — толщина балки кантилевера Отклонение балки регистрируется чувствительными оптическими и емкостными датчиками


Второе уравнение устанавливает зависимость коэффициента упругости кантилевера k от его размеров и свойств материала:

k = F δ = E w t 3 4 L 3 =

где F  — приложенная сила, и w  — ширина кантилевера Коэффициент упругости связан с резонансной частотой кантилевера ω 0 по закону гармонического осциллятора:

ω 0 = k / m =

Изменение силы, приложенной к кантилеверу может привести с сдвигу резонансной частоты Сдвиг частоты может быть измерен с большой точностью по принципу гетеродин

Одной из важных проблем при практическом использовании кантилевера является проблема квадратичной и кубической зависимости свойств кантилевера от его размеров Эти нелинейные зависимости означают, что кантилеверы довольно чувствительны к изменению параметров процесса Контроль остаточной деформации также может представлять сложность

См такжеправить

  • Сканирующий атомно-силовой микроскоп
  • Сканирующий зондовый микроскоп
  • Нитрид кремния
  • Консольная балка англ Cantilever, общее значение

Ссылкиправить

  • Наноазбука: кантилевер

кантилевер


Кантилевер Информацию О

Кантилевер


www.turkaramamotoru.com

Сильные и могущественные не имеют того
преимущества, какое есть у нежного и слабого.
Лао-цзы

Кантилевер (cantilever) – консоль, кронштейн, одна из основных частей сканирующего зондового микроскопа.

Представьте себе трамплин для прыжков в воду, но не для обычных людей, таких как мы с вами, а для малюсеньких микрочеловечков, ноги которых в 10 раз тоньше человеческого волоса – именно так выглядит кантилевер. С одной стороны, кантилевер – это всего лишь крошечная балка; толщина которой составляет от 0.1 до 5 мкм, ширина — от 10 до 40 мкм, а длина — от 100 до 200 мкм. С другой стороны, кантилевер является незаменимым помощником нанотехнолога. С его помощью ученые могут «ощупать» поверхность и лежащие на ней отдельные молекулы, перемещать их, производить химические опыты со столь малыми количествами веществ, которые нельзя взвесить даже на самых точных лабораторных весах.

От длины, ширины, толщины, а также природы материала, из которого сделан кантилевер, зависит его жесткость. Чем кантилевер длиннее и тоньше – тем легче он гнется. Можно сделать такой мягкий кантилевер, что с его помощью возможно будет надавить на поверхность с силой в одну миллиардную долю ньютона. Это в тысячу раз меньше, чем сила, с которой пылинка давит на стол, на котором она лежит!

Такие маленькие силы нужны для сканирования поверхности, чтобы, например, можно было отличить лежащие на ней отдельные молекулы. На кончике кантилевера обычно расположена микроскопическая и очень острая иголка. Если бы кантилевер не мог хорошо гнуться, то при подводе его к поверхности с помощью системы нанопозиционирования, игла просто повредила бы поверхность, воткнувшись в нее. Но кантилевер всегда подбирают настолько мягким, чтобы при подводе к поверхности он мог изогнуться, а поверхность оставалась бы в целости и сохранности. В какой-то степени кантилевер похож по своим функциям на инструмент лозоходца – расщепленную лозу, которая то ли воду под землей чувствует, то ли настроение ее обладателя, однако величина отколонения (или частота колебаний в особом режиме работы) кантилевера связаны с вполне физическими явлениями — взаимодействием с атомами или молекулами на поверхности исследуемого образца. Кантилеверы также применяются для модификации поверхности. Используя жесткие кантилеверы (и алмазные иглы) можно делать гравировку и проводить «наночеканку» – выдавливать на поверхности крошечные рисунки (наноинденторы).

Производство кантилеверов основано на использовании двух материалах – кремния и нитрида кремния. Острия для «атомно-силовой микроскопии» (АСМ) также изготавливают из кремния, нитрида кремния или алмаза, а также используют покрытия TiN, W2C, Pt, Au, или магнитных материалов Fe-Ni/Cr, Co/Cr, CoSm/Cr. Чтобы сделать столь маленькие детали, используют процессы литографии, химического и физического травления. Для улучшения светоотражающих свойств обратную сторону зонда АСМ обычно покрывают алюминием или золотом с помощью термического напыления в вакууме. Кроме того, покрытие кантилевера пьезоэлектрической керамикой на основе цирконата-титаната свинца (Pb[ZrxTi1-x]O3, ЦТС или PZT) позволяет управлять движением кантилевера, прикладывая к контактам разность потенциалов или непосредственно считывать частоту его свободных колебаний. Такие устройства находят сегодня широкое применение для разработки и создания «наноэлектромеханических систем», «систем нанопозиционирования», «наноактюаторов», «наносенсоров», «нановесов» и т.д.

Геометрия кантилевера определяет важные механические свойства (в первую очередь жесткость и резонансную частоту), и варьируется в широких пределах. Ниже приведена формула, определяющая константу жесткости k:

k = Ewt3/(4L3),

где E – модуль Юнга материала кантилевера, w – ширина, t – толщина, а L – длина прямоугольного кантилевера. Кроме обычных прямоугольных кантилеверов, похожих на трамплин для прыжков воду, делают, например, V-образные кантилеверы, которые легко гнуться в перпендикулярном своей плоскости направлении, но практически не перекручиваются.

Литература

Миронов В.Л.. Основы сканирующей зондовой микроскопии. 2004. Мир.

www.nanometer.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector