Vibrations and Nonlinear Dynamics of Microcantilevers Interacting with Nanoscale Structures: Applications to Atomic Force Microscopy

与纳米级结构相互作用的微悬臂梁的振动和非线性动力学:在原子力显微镜中的应用

基本信息

  • 批准号:
    0116414
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2001-09-01 至 2005-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Modeling and Development of Gradient Based Smart Polymer Sensors and ActuatorsGregory Washington, PI Ohio State UniversityProposal # 0102310AbstractThe goal of this study is to develop a novel gradient-based sensor for spatial measurement of distributed systems. The sensors and actuators in this study are developed from polyvinylidene fluoride (PVDF). Previous studies have used spatial aperture shading techniques (spatially varying electrodes to achieve a particular performance function) to measure a myriad of distributed systems. A major limitation of the spatial aperture shading techniques was that the apertures have a heavy dependence on 1-dimensional variation for most cases. In this study spatial gradient polarization and aperture shading techniques are used to develop the next generation of sensors. In spatial polarization the material is polarized in a manner such that its piezoelectric constant is allowed to vary in controlled manner. Specifically, the objectives of this research are to: (1) Develop the analytical basis for spatial gradient polarization. Inherent in this part of the study is the development of techniques for analytically calculating weighting functions for various structural configurations. (2) Develop the experimental hardware and facilities necessary for making spatially polarized sensors and actuators. (3) Develop control techniques necessary for the production of user defined film actuators and sensors. (4) Develop a non-contact measurement technique for deflection verification. The research goals are accomplished by applying differential calculus, the principles of mechanics, and piezoelectric polymer modeling to a given sensor system. The experimental hardware that will be developed for polarizing the films consist of a corona charging system with an appropriate stretch and drive mechanism for correct placement and rastering of the film. A wide-angle stereo-photogrammetry system similar to those used in particle tracking applications will be modified to accurately measure the location of the distributed system when actuated. The sensors market is an $18 billion market and growing. These new sensors can be utilized in a host of applications including Automotive, Biomedical sensors, Aerospace Structural, and Impact sensors in Military applications, like sonar sensing equipment and so on. In addition, there is a possibility that this novel technology can be applied directly to piezoceramic actuators as well.
基于梯度的智能聚合物传感器和致动器的建模和开发Gregory华盛顿,PI俄亥俄州州立大学提案#0102310摘要本研究的目标是开发一种新的基于梯度的传感器,用于分布式系统的空间测量。 在这项研究中的传感器和致动器是由聚偏氟乙烯(PVDF)。 以前的研究已经使用空间孔径阴影技术(空间变化的电极,以实现特定的性能函数)来测量无数的分布式系统。 空间孔径阴影技术的一个主要限制是孔径在大多数情况下严重依赖于一维变化。 在这项研究中,空间梯度极化和孔径遮光技术被用来开发下一代传感器。 在空间极化中,材料以这样的方式被极化,使得其压电常数被允许以受控的方式变化。具体而言,本研究的目标是:(1)发展空间梯度极化的分析基础。 固有的这一部分的研究是分析计算各种结构配置的权重函数的技术的发展。(2)开发制造空间偏振传感器和致动器所需的实验硬件和设施。 (3)开发生产用户自定义薄膜执行器和传感器所需的控制技术。(4)开发用于偏转验证的非接触式测量技术。研究目标是通过将微分学、力学原理和压电聚合物建模应用于给定的传感器系统来实现的。 将开发用于极化膜的实验硬件由电晕充电系统组成,该系统具有用于膜的正确放置和光栅化的适当拉伸和驱动机构。 一个广角立体摄影测量系统类似于那些在粒子跟踪应用程序中使用的将被修改,以准确地测量分布式系统的位置时,启动。 传感器市场是一个180亿美元的市场,并且还在增长。这些新的传感器可以用于许多应用,包括汽车,生物医学传感器,航空航天结构和军事应用中的冲击传感器,如声纳传感设备等。此外,这项新技术也有可能直接应用于压电陶瓷执行器。

项目成果

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  • DOI:
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    $ 21.4万
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    $ 21.4万
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  • 资助金额:
    $ 21.4万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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