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研究生:李其叡
研究生(外文):Chi-Jui Lee
論文名稱:超高真空掃描穿隧顯微鏡用壓電致動器之設計開發與特性分析
論文名稱(外文):Development and Research of A Piezoelectric Actuator for the Scanning Tunneling Microscope used in Ultrahigh Vacuum
指導教授:黃光裕
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:壓電致動器超高真空掃描穿隧式顯微鏡撓性機構夾持系統設計尺蠖式
外文關鍵詞:ultrahigh vacuumSTMclamping system designinchwormflexurespiezoelectric actuator
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本論文的研究目的在於設計開發適用於超高真空環境下之掃描穿隧式顯微鏡的壓電致動系統。壓電致動系統採用尺蠖式致動原理,其中包含壓電陶瓷元件、夾持系統與進給機構等部分。積層式壓電元件被用來驅動撓性機構,達到夾頭開合的弁遄C夾頭中撓性機構是以放電線切割一體加工製造出來,透過夾持預力提供進給機構精確導引和穩定性。首先依據壓電元件所測得的特性,以模擬與實驗方式探討夾頭的夾持特性。最後再針對尺蠖式致動系統之性能進行測試,其中包括有位移、速度、作用力與解析度等,研究各設計與運轉參數對整體性能的影響。

The aim of the thesis is to develop a piezoelectric actuator for the Scanning Tunneling Microscope used in Ultrahigh Vacuum (UHV STM). The actuator is operated with the inchworm actuating principle. This actuator system includes piezoelectric elements, clamping device and driving mechanism. A piezoelectric stack element is actuated to drive the flexure mechanism, so that the clamping device can release or clamp the scanning tube. The flexure mechanism is manufactured by the wire electrical discharge machine. With the pre-stress, the flexure mechanism can provide precise guiding and stable actuation. Firstly according to measured properties of piezoelectric elements, the characteristics of the clamping device are analytically and empirically studied. At last through the performance tests such as displacement, speed, force and resolution, the influences of design and operation parameters on the system performance are investigated.

目錄

第一章 緒論
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究目的 9
1.4 內容簡介 10
第二章 壓電材料的致動特性
2.1 壓電原理與材料特性 11
2.2 積層式壓電元件之致動特性探討 12
2.2.1積層式壓電元件之架構 12
2.2.2積層式壓電元件之致動特性量測 14
2.3 壓電管元件之致動特性探討 15
第三章 UHV STM壓電致動器之設計開發
3.1 尺蠖式致動原理介紹 16
3.2 超高真空環境 17
3.3 UHV STM壓電致動器之設計開發 18
3.3.1致動器夾頭之設計開發 18
3.3.2致動器進給機構之設計開發 24
3.3.3 UHV STM壓電致動器之整成 25
3.4 致動器之應力與應變分析 26
3.4.1致動器夾頭之模擬分析 26
3.4.2 夾頭特性量測 33
3.4.3 致動器進給機構模擬分析 36
第四章 UHV STM壓電致動器之特性量測與分析
4.1 量測方式與架構 39
4.2 夾頭夾持力與夾持測試 40
4.3壓電致動器性能測試 44
第五章 結論與展望 49
參考文獻 51
附錄A DAQ資料擷取卡規格表 54
附錄B MICROTRAK雷射測距儀規格表 55
附錄C 壓電材料規格與特性 56
附錄D 測力規規格與特性 60
附錄E TOKIN壓電陶瓷元件特性規格表 61
附錄F 致動器設計圖 63


參考文獻

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