ИСТИНА

Последнее десятилетие ученое сообщество уделяет много внимания изучению механических свойств пленочных объектов. Это обусловлено их важностью в описании и понимании поверхностных процессов в свете современных разработок нанотехнологии. Подобные исследования ведутся в том числе и на пористых пленках, ставших остро привлекательным материалом для сенсорики и медицины. Значительный материаловедческий интерес представляет изучение поверхностных процессов в пористых кантилеверах, которые эффективно могут заменить существующие объемные биосенсоры. Принцип действия таких сенсоров основан на изменении механических свойств (сдвиг резонансной частоты, изгиб балки и т.д.) в результате адсорбции анализируемого вещества на поверхность кантилевера. Получение оптимальных эксплуатационных характеристик пленок (эффективности, экономичности, долговечности) сопряжено с технологическими трудностями. Результаты, полученные в более ранних исследованиях, как правило, не учитывают способы получения реальной пористой пленки, технологические особенности ее обработки, влияние пористой структуры на механические свойства твердой поверхности. Необходимо отметить, что связь величин, характеризующих процесс адсорбции, и механических параметров твердого тела (в том числе пористого) не изучена даже феноменологически. Целью данной работы является изучение резонасных характеристик кантилеверов на основе пористого оксида алюминия в различных средах, и выявление эффективности применения таких объектов в качестве датчиков влажности. Для структурирования оксидного слоя в работе применяли метод химической фотолитографии. Экспериментально установлено, что увеличение толщины пористой балки приводит к увеличению ее жесткости, это в свою очередь обуславливает увеличение резонансной частоты перпендикулярных колебаний. Общий вид амплитудно-частотной характеристики кантилеверов не зависит от области детектирования, а интенсивность анализируемого сигнала уменьшается при перемещении лазерного луча от конца к основанию балки. Экспериментально установлено, что при механическом возбуждении кантилеверов возникают как колебания перпендикулярные поверхности балки, так и торсионные. Добротность нормальных колебаний возрастает при помещении кантилевера из атмосферного воздуха в вакуум (10-5 мбар). Выявлено, что сдвиг пиков, соответствующих нормальным колебаниям, при помещении кантилевера из атмосферного воздуха в вакуум (10-5 мбар), происходит в сторону более высоких частот. Предложена конечно-элементная математическая модель колебаний микрокантилеверов из анодного оксида алюминия. С использованием модели исследовано влияние пористости анодного оксида алюминия на эффективные модули упругости и частотные спектры микрокантилеверов. Получены аналитические выражения для расчета эффективных модулей упругости, так коэффициент жесткости для пористого оксида алюминия, полученного при 40В в 0,3 М щавелевой кислоте, равен 140 ГПа.