Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
V. Một số ứng dụng của động cơ áp điện

V. Một số ứng dụng của động cơ áp điện

Tải bản đầy đủ - 0trang

ống đưa động cơ vào thận để tán sỏi. Vì động cơ điện không thể làm quá nhỏ

được nên ống đưa vào phải có đường kính lớn cỡ 3 milimét mới đưa được

lượng động cơ nhỏ nhất, nếu ống to dễ làm cho bệnh nhân bị đau và cảm thấy

khó chịu.

Nay có động cơ điện có đường kính cỡ 1,8 milimét nên ống đưa vào có

đường kính nhỏ hơn vào cỡ 2 milimét nên bệnh nhân cảm thấy dễ chịu hơn.

Cũng như vậy thì trong nội soi, ở cuối ống nội soi phải có một cái

gương điều khiển được bằng động cơ để cho ánh sáng đi theo đường ống dẫn

quang phản xạ chiếu rộng ra nhiều chỗ ví dụ như ống tiêu hoá. Trong trường

hợp này chúng ta cũng dùng động cơ điện vì có kích thước nhỏ hơn so với

động cơ điện có kích thước lớn hơn rất nhiều. Trong công nghệ thông tin và

truyền thông động cơ áp điện cũng được sử dụng rộng rãi như điện thoại di

động. Điện thoại di động chụp ảnh được, muốn chụp ảnh có chất lượng cao

phải dùng một động cơ áp điện để điều khiển ống kính lui tới và zoom v.v…

[2].



Chương 4

BỘ QUÉT ÁP ĐIỆN VÀ KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ AFM

I. Bộ quét áp điện

Nguyên lý hoạt động của bộ quét áp điện đó là dựa trện hiệu ứng áp

điện ngược.

Cấu tạo của bộ quét áp điện đơn giản nhất gồm một thanh làm bằng vật

liệu áp điện, hai mặt bên có phủ một lớp dẫn điện để làm điện cực.



~

~



18.1



18.2



Hình 18. Bộ quét áp điện khi có điện thế tác dụng bị co lại.

18.1 Khi chưa có điện thế

18.2 Khi có điện thế

Tác dụng hiệu điện thế vào các cực, thanh áp điện co lại hay dãn ra

nhiều hay ít theo chiều của hiệu điện thế tác dụng (hình 18). Nếu cố định một

đầu mút của thanh áp điện, bằng cách thay đổi hiệu điện thế có thể điều khiển

đầu mút kia của thanh áp điện dịch chuyển. Ví dụ với vật liệu áp điện là Gốm

PZT một thanh áp điện dài 1 cm, tác dụng hiệu điện thế ở hai đầu khoảng 100

Vơn thì đầu mút kia có thể dịch chuyển khoảng 1μm. Nếu thay đổi hiệu điện

thế từng nấc, mỗi nấc một phần 10 milivơn, đầu mút của thanh áp điện có thể

bị dịch chuyển theo bước, mỗi bước khoảng 0,1 nanômét. Khoảng cách giữa

hai nguyên tử trong vật rắn vào cỡ khoảng 0,3 đến 0,4 nanơmét. Vì vậy với

điện áp xác định nhờ điều khiển điện thế ta có thể dịch chuyển cơ học với

khoảng cách nhỏ hơn khoảng cách giữa các nguyên tử trong vật rắn.



Để di chuyển chính xác theo cả ba chiều trong không gian, người ta

ghép ba thanh áp điện vng góc nối đi nhau, đó chính là bộ quét áp điện

cho phép tạo ra dịch chuyển tuỳ ý với độ chính xác cỡ ngun tử.



1

x, y



z



2



Hình 19. Bộ quét áp điện có dạng cái ống nằm trên cái thớt.

1. Phần ống

2. Phần thớt

Tuy nhiên nếu ghép ba thanh áp điện theo từng đôi một nối đuôi nhau

từng đôi một vng góc như vậy là khá dài, dễ bị rung nên người ta cải tiến,

làm bộ quét bằng vật liệu áp điện dưới dạng cái ống nằm trên cái thớt (hình

19) hai cặp điện cực ở hai bên ống dùng để đưa điện áp vào để dịch chuyển

qua lại theo hai chiều X và Y. Còn hai điện cực ở thớt để điều khiển dịch

chuyển theo hướng Z. Tất cả các chi tiết này được gói ngọn trong một hình

trụ, bên ngồi có lớp vỏ bảo vệ, có sáu đầu nối với ba cặp cực trên bề mặt của

vật liệu áp điện [2].

Với cách dịch chuyển cơ học tinh vi bằng bộ quét áp điện có nhiều ứng

dụng trong công nghệ hiện đại, đặc biệt trong công nghệ na-nô.



II. Kính hiển vi lực nguyên tử

Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi nguyên tử lực (tiếng Anh:

Atomic force microscope [5], [7], viết tắt là AFM) là một thiết bị quan sát cấu

trúc vi mô bề mặt của vật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác

nguyên tử giữa một đầu mũi dò nhọn với bề mặt của mẫu, có thể quan sát ở

độ phân giải nanômét, được sáng chế bởi Gerd Binnig, Calvin Quate và

Christoph Gerber vào năm 1986. AFM thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò

hoạt động trên nguyên tắc quét đầu dò trên bề mặt.

Bộ quét áp điện là bộ phận chủ yếu của loại kính hiển vi này. Kính hiển

vi lực nguyên tử [4] có thể phóng đại tới hàng triệu lần, có thể thấy được từng

nguyên tử trên bề mặt, khá thơng dụng hiện nay.

II.1. Cấu tạo

Cấu tạo của kính hiển vi lực nguyên tử ở hình vẽ dưới (hình 20).

Gồm: Bộ quét áp điện có tác dụng tạo nên sự dịch chuyển, mũi nhọn

được gắn vào đầu lò xo lá, nguồn laser, gương phản xạ, pin quang điện hai

nửa, bộ khuếch đại vi sai, bộ điều khiển điện tử, màn hình hiển thị.

II.2. Hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử AFM.

Mẫu cần nghiên cứu được đặt trên bộ quét áp điện, trên mẫu là một mũi

nhọn được gắn với đầu của một lò xo lá. Mũi nhọn thường được làm bằng Si

hoặc SiN và kích thước của đầu mũi nhọn là một nguyên tử (hình 21). Bộ

điều khiển điện tử tạo ra các điện thế tác dụng lên các cực của bộ quét áp điện

và làm cho mẫu bị dịch chuyển, ví dụ dịch chuyển theo chiều X. Vì chuyển

động là tương đối nên điều đó tương đương với việc mũi nhọn quét theo chiều

X một hàng có biên độ là d trên mặt mẫu. Cứ như vậy ta có thể điều khiển để

mũi nhọn quét nhiều hàng trên một diện tích hình vng trên mặt mẫu (có thể

qt 500 đến 1000 hàng trên hình vng).



Màn hình hiển thị



Bộ điều khiển điện tử



Mạch phản hồi



A



Laser



Gương phản xạ



Lò xo lá + mũi nhọn

Bộ khuếch đại



B



Pin quang điện hai nửa



X, y

z



Hình 20. Hình vẽ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của kính hiển vi lực

ngun tử AFM [2].



Hình 21. Mũi nhọn gắn vào đầu lò xo lá.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

V. Một số ứng dụng của động cơ áp điện

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×