挠度仪

【科学背景】随着微电子机械系统（MEMS）技术的快速发展，集成电子传感和驱动功能的活跃MEMS器件在力、加速度和生物分析物的测量中引起了广泛关注。尤其在原子力显微镜（AFM）领域，MEMS悬臂的应用使得在纳米尺度下的样品探测成为可能。然而，传统MEMS材料（如硅、氮化硅）由于其高杨氏模量，限制了器件的厚度，从而影响了挠度灵敏度（DS）和力敏感性（FS）的表现，这在许多应用中成为了一大瓶颈。自感知MEMS悬臂是一种通过集成的应变传感器，从而能够实时监测挠度。尽管自感知悬臂具有一定的优势，但其力敏感性和信噪比仍然低于光学检测的悬臂，因此在AFM等高精度应用中未能得到广泛应用。此问题的根本原因在于自感知悬臂在不同测量量的灵敏度上存在差异，尤其是在力传感方面，受限于材料的弹性特性和传感器的灵敏度。为此，科学家们开始探索将低杨氏模量的聚合物材料应用于MEMS器件的可能性。这种材料的使用有助于实现更厚的悬臂设计，同时保持较低的弹性模量常数，从而提升挠度灵敏度。然而，高温沉积半导体以实现高性能应变传感器与聚合物材料的兼容性问题也亟待解决。为了填补这一知识空白，马洛桑联邦理工学院（EPFL）Georg E. Fantner教授团队在“Nature Electronics”期刊上发表了题为“A polymer–semiconductor–ceramic cantilever for high-sensitivity fluid-compatible microelectromechanical systems”的最新论文。本研究提出了一种新型的MEMS微加工平台，能够创建具有集成半导体电子元件的聚合物悬臂。通过采用三层结构，悬臂核心由聚合物材料制成，两侧则是陶瓷氮化硅层，这一设计不仅确保了器件的机械性能，也有效隔离了传感电子元件与外部环境的影响，使得悬臂在液体环境中表现出良好的兼容性。我们开发的多层制造方法使得高温工艺与聚合物加工分离，从而克服了传统方法的局限性。【科学亮点】（1）实验首次展示了集成半导体电子元件的聚合物MEMS悬臂，成功实现了厚且柔软的三层结构。通过该平台，研究团队能够有效地提高MEMS设备的挠度灵敏度（DS）和力敏感性（FS）。（2）实验采用了多层制造方法，将高温工艺与聚合物工艺分开，从而在不损坏聚合物层的情况下，实现了压电电阻应变传感器的沉积和掺杂。结果显示，三层悬臂的力噪声相比传统硅悬臂降低了六倍，显著提升了传感性能。（3）研究还表明，嵌入聚合物内部的传感电子元件有效隔离了环境影响，使得悬臂具有良好的流体兼容性。这一特性使悬臂可以在苛刻的液体环境中稳定工作，例如在氯化铁溶液中持续成像五小时而不发生降解。（4）通过集成高性能电子元件，本文的聚合物MEMS不仅适用于自感知原子力显微镜（AFM），还可扩展至生物分子检测等多种应用，展现了良好的应用前景。【科学图文】图 1：不同读出机制中的力转电压。图 2：三层悬臂梁的概念及性能。图 3：三层技术的理论与实验评估。图 4：三层悬臂梁在真空中用于 AM-AFM 的高跟踪带宽。图 5：三层悬臂梁作为多种扫描探针技术的平台。图 6：用于流体密封膜表面应力传感的三层 MEMS。【科学结论】本文的研究展示了将聚合物、半导体和陶瓷材料集成到微电子机械系统（MEMS）中的创新思路，为自感知传感器的设计与应用开辟了新的方向。通过优化三层结构的制造方法，研究者成功克服了传统MEMS材料在厚度和弹性上的局限，使得悬臂可以在保持高灵敏度的同时具备更大的柔韧性。这一进展不仅提高了悬臂在各种复杂环境中的适应能力，也为生物传感器等实际应用提供了更为可靠的解决方案。此外，研究强调了选择合适材料的重要性。聚合物的低杨氏模量使得悬臂能够在较大的厚度下保持低的弹簧常数，从而在自感知性能上具有显著优势。这一发现启示我们在设计新型传感器时，可以通过材料组合与结构优化，达到理想的性能平衡。更重要的是，本研究为未来的MEMS技术提供了一个可扩展的平台，允许更多功能的电子元件集成。这种灵活的设计思路可以为更复杂的传感和驱动系统提供基础，助力在生物医学、环境监测和纳米技术等多个领域的应用创新。文献信息：Hosseini, N., Neuenschwander, M., Adams, J.D. et al. A polymer–semiconductor–ceramic cantilever for high-sensitivity fluid-compatible microelectromechanical systems. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01195-z

PP塑料板材的新标准GB/T 39937-2021塑料制品 聚丙烯(PP)挤塑板材 要求和试验方法 于2021年3月发布，10月1日正式实施。 标准规定了不含填料和增强材料的聚丙烯均聚物(PP-H）和聚丙烯共聚物(PP-B和PP-R）的挤塑板材的性能要求和试验方法。标准适用于厚度为0.5 mm～40 mm 的PP板材，也适用于卷材形式的板材。 纯PP板：密度小，易焊接和加工，具有优越的耐化性，耐热性及耐冲击性、无毒、无味是符合环保要求之工程塑料之一。主要颜色有白色，微机色，其它颜色也可按客户要求定做。 应用范围：耐酸碱设备，环保设备，废水、废气排放设备用，洗涤塔，无尘室，半导体厂及其相关工业之设备，也是制造塑料水箱的首选材料，其中PP厚板材广泛用于冲压板，冲床垫板等。 塑料板材力学性能测试，岛津试验机系列产品助您大显身手：拉伸试验部分使用手动楔形夹具（该夹具有自锁紧功能）。弯曲试验部分选用塑料三点弯曲标准夹具（R5压头）。 拉伸试验中，使用50mm/min的速率，配合大变形引伸计。弯曲试验选择2mm/min的速率，使用横梁位移（或挠度计）测试其弯曲模量。 手动楔形夹具可以应对此类塑料板材试验。断点正常，防止打滑现象。三点弯曲试验可以使用岛津的塑料三点弯曲夹具进行测试；如需更精确测量样品弹性模量，建议使用挠度计测量样品弯曲变形。 岛津试验机助力聚合物新材料力学行性能测试！

p style="text-indent: 2em "strong style="text-indent: 2em "仪器信息网讯/strongspan style="text-indent: 2em " 近日，贝克曼先进科学技术研究所（Beckman Institute for Advanced Science and Technology ）的研究人员开发了一种新方法，以提高使用原子力显微镜对纳米级化学成像的检测能力。这些改进减少了与显微镜相关的噪声，从而提高了可以研究样品的精度和范围。/span/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/93d10453-5476-4b47-8619-80b79c89f4f5.jpg" title="1.png" alt="1.png"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "使用先前的偏转AFM-IR检测方法(上)收集的4nm厚聚合物薄膜产生的化学信号与新的零偏转方法对比/spanspan style="color: rgb(127, 127, 127) "（图片自贝克曼先进科学技术研究所）/span/pp style="text-indent: 2em "该成果于6月26日发表在i《Nature Communications》/i上，论文链接：a href="https://www.nature.com/articles/s41467-020-17043-5" target="_blank" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 176, 240) "https://www.nature.com/articles/s41467-020-17043-5/span/a。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/c10756b1-7c2e-4c8c-a304-c4d176f08f4f.jpg" title="2.png" alt="2.png"//pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "原子力显微镜用于扫描材料表面以生成其高度的图像，但该技术无法轻松识别分子组成。研究人员此前已经开发了AFM和红外光谱的组合，称为AFM-IR。 AFM-IR显微镜使用悬臂梁，该悬臂梁是一端连接到支架，另一端连接到尖端的光束，用于测量由照射红外激光照射而产生的样品的细微运动。样品对光的吸收使其扩展并偏转悬臂，从而产生红外信号。/span/pp style="text-indent: 2em "“尽管这项技术得到了广泛的应用，但是它的性能受到了限制。” 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign) strong工程学的创始人、癌症中心主任Rohit Bhargava教授/strong表示，“问题在于存在未知的噪声源，这限制了数据的质量。”/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 399px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/90faf16e-1e5a-444b-bd28-f9a1a6da74d2.jpg" title="3.png" alt="3.png" width="600" height="399" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "span style="text-indent: 0em color: rgb(0, 176, 240) "随时间变化的悬臂共振在AFM-IR中的影响/spanspan style="text-indent: 0em color: rgb(127, 127, 127) "（图自成果论文）/span/pp style="text-indent: 2em "研究人员创建了一个理论模型，以了解仪器的工作原理，从而识别出噪音的来源。此外，他们开发了一种新的方法来以更高的精度检测IR信号。/pp style="text-indent: 2em "由Bhargava指导的化学成像与结构实验室的研究生strongSeth Kenkel/strong表示：“悬臂的偏转容易受到噪声的影响，噪声会随着偏转的增加而变得越来越差。” “我们没有检测悬臂挠度，而是使用压电组件作为平台，保持零挠度。通过向压电材料施加电压，我们可以保持低挠度和低噪声，同时记录同样的化学信息，现在这些信息被编码在压电电压中。”/pp style="text-indent: 2em "研究人员没有移动悬臂，而是利用压电晶体的运动来记录IR信号。strongKenkel/strong表示：“这是第一次有人控制压电致动器来检测信号。其他研究人员通过使用更复杂的检测系统来解决诸如噪声之类的挑战，这些系统无法解决与AFM-IR相关的潜在问题。”/pp style="text-indent: 2em "strongBharat/strong表示：“由于噪声问题，人们只能使用这种技术来测量具有较强信号的样本。随着灵敏度的提高，我们可以对体积更小的样品成像，例如细胞膜。”/pp style="text-indent: 2em "除了测量更多种类的样品外，研究人员还希望使用这种技术来测量较小的样品量。 strongBhargava/strong表示：“我们可以使用这种技术来研究少量存在的复杂混合物，例如单脂双分子层。”/pp style="text-indent: 2em "化学系主任兼拉里· 福克纳化学基金会主席strongCatherine Murphy/strongspan style="text-indent: 2em "表示：“ Bhargava实验室开发的新技术令人振奋，我们小组有兴趣立即使用该技术来研究复杂表面上的蛋白质变形。” /span/pp style="text-indent: 2em " /pp style="text-indent: 2em " /ppbr//p