二氧化钛组装体物理性能测量及表征

发布时间：2017-04-20 14:05

  本文关键词：二氧化钛组装体物理性能测量及表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,以“纳米结构”为组装单元的集合体引起了众多学者的关注。对组装体材料力学、电学特性的研究,不仅有助于揭示其尺寸-性能的内在关联,而且对微纳传感器及机电器件的发展有着重要意义。至今为止,人们对纳米材料的性能做了大量的研究,但是鲜有人对组装体材料的性能进行研究。此外,二氧化钛作为一种半导体材料,被广泛的应用于电路元器件、传感器的探针等领域。因此对二氧化钛组装体力学和电学性能的研究就显得格外的重要。本论文首次提出将纳米微操纵仪、显微镜、电学测试仪三种测量平台相结合,并采用多种测量模型,探索出对一维组装体材料力学和电学性能测量的方法,同时实现了对二氧化钛组装体的力学、电学性能的快速准确测量。主要内容及测试结果归纳如下:1.四探针法测量二氧化钛直线组装体的电阻率。本文详细地描述了四探针法测量二氧化钛组装体电阻率的过程,并测得10组二氧化钛组装体的电阻率的平均值为=1.16Ω?m,标准差为σ=0.219Ω?m。标准差较小,表明测量结果准确。为了探究样品尺寸与其电阻率之间的关系,我们对测得的电阻率与样品尺寸进行分析,发现直径在13.4μm-75μm,且长度在166-458μm范围的二氧化钛直线组装体,其电阻率与其尺寸无关,与电阻率是材料的固有属性这一结论相符合。2.弯曲法测量二氧化钛直线组装体的杨氏模量。本文通过悬臂梁弯曲法对10组二氧化钛直线组装体的杨氏模量进行测试,测得杨氏模量的平均值E=4.32 MPa,标准差σ=0.248MPa。为了验证悬臂梁弯曲法测得的数据可靠,我们利用三点弯曲法对10组二氧化钛直线组装体的杨氏模量进行测试,测得杨氏模量的平均值E=4.87 MPa,标准差σ=0.328 MPa。通过对比两种测量模型下获得的杨氏模量值,我们发现两种模型下测得的二氧化钛直线组装体的杨氏模量相近,表明测量结果准确,且悬臂梁模型和三点弯曲模型适用于二氧化钛直线组装体的杨氏模量测量。与此同时,为了研究测得的杨氏模量与样品尺寸之间的关系,我们还对两种模型下测得的杨氏模量值与样品尺寸的关系进行分析,发现测得的杨氏模量与样品的尺寸无关,与杨氏模量是材料的固有属性这一定义相符。3.拉伸法测量二氧化钛螺旋组装体的弹性系数。本文详细描述了拉伸法测量二氧化钛螺旋组装体弹性系数的过程,为了探究弹性系数与被测样品尺寸的关系,我们利用MM3A测试系统测量了10组二氧化钛螺旋组装体的弹性系数。我们通过研究测得的弹性系数与样品尺寸之间的关系,发现长径比在10-60范围内,二氧化钛螺旋组装体的弹性系数随着其长径比的增大而减小。为验证这一规律,我们利用FT-RS1000三维移动平台对10组不同的二氧化钛螺旋组装体的弹性系数进行测量,并分析其尺寸与弹性系数之间的关系。最终得出长径比在15-50范围内,随着长径比的增大,二氧化钛螺旋-组装体的弹性系数会减小。本论文利用四探针法测量出二氧化钛直线组装体的电阻率,并通过分析测得的电阻率与样品尺寸的关系,发现二氧化钛直线组装体得电阻率没有尺寸依赖性,符合电阻率是材料固有属性这一定律。此外利用弯曲法测量出二氧化钛直线组装体的杨氏模量,并通过分析所测杨氏模量与样品尺寸的关系,发现二氧化钛直线组装体杨氏模量没有尺寸依赖性。最后,通过拉伸法测得20组二氧化钛螺旋组装体弹性系数,通过研究弹性系数与样品尺寸的关系,得出长径比在15-50范围内,弹性系数为0.52-0.98N/m,并随着长径比的增大,二氧化钛螺旋-组装体的弹性系数会减小的结论。
【关键词】：二氧化钛组装体 纳米操纵 杨氏模量 电阻率 弹性系数
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 组装体材料研究的背景12-13
• 1.2 一维材料力学和电学测试的方法及国内外研究现状13-14
• 1.3 电学性能测量方法14-17
• 1.3.1 单臂电桥法14-15
• 1.3.2 伏安法测电阻15-16
• 1.3.3 四探针法16
• 1.3.4 三种电学性能测量方法比较16-17
• 1.4 力学性能测量方法17-23
• 1.4.1 拉伸法17
• 1.4.2 谐振法17-18
• 1.4.3 弯曲法18-23
• 1.4.3.1 三点弯曲法18-21
• 1.4.3.2 悬臂梁弯曲法21-23
• 1.4.4 三种力学测试方法对比23
• 1.5 一维纳米材料力学和电学性能研究的面临的技术问题23-24
• 1.6 本文的主要内容以及创新点24-25
• 1.6.1 本文的创新点24
• 1.6.2 本文的主要内容24-25
• 第二章 二氧化钛直线组装体电阻率测量25-35
• 2.1 引言25-26
• 2.2 测试样品制备流程26-27
• 2.3 电阻率测量及模型分析27-31
• 2.3.1 测量模型分析27-29
• 2.3.2 电阻率测量29-31
• 2.4 电阻率测量结果31-34
• 2.4.1 I-V曲线拟合及分析32-33
• 2.4.2 尺寸对电阻率的影响33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 二氧化钛直线组装体杨氏模量测量35-54
• 3.1 引言35-36
• 3.2 FT-RS1000微纳操纵系统36-37
• 3.3 样品的制备流程37-38
• 3.4 悬臂梁模型下测量二氧化钛直线组装体杨氏模量38-45
• 3.4.1 悬臂梁模型分析38-40
• 3.4.2 悬臂梁弯曲法测试结果40-41
• 3.4.3 F-d曲线拟合分析41-43
• 3.4.4 样品几何形状对杨氏模量的影响43-45
• 3.5 三点弯曲法测量二氧化钛组装体杨氏模量45-52
• 3.5.1 三点弯曲法模型分析和测量方法45-47
• 3.5.2 三点弯曲法实验结果47-48
• 3.5.3 origin处理实验数据48-50
• 3.5.4 样品尺寸对杨氏模量的影响50-52
• 3.6 两种测量方法实验结果比较52
• 3.7 本章小结52-54
• 第四章 二氧化钛螺旋组装体的弹性模量测量54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 测试样品的制备55-56
• 4.3 测试方法及原理56-57
• 4.4 MM3A测试系统下的弹性系数测量57-62
• 4.4.1 测量过程57
• 4.4.2 测量结果处理57-59
• 4.4.3 Origin软件对F-d曲线的线性拟合59-61
• 4.4.5 尺寸对弹性系数的影响61-62
• 4.5 基于的弹性系数测量分析62-65
• 4.5.1 FT-RS1000平台下弹性系数测量62-63
• 4.5.2 测量数据处理63-64
• 4.5.3 样品形貌尺寸与测得的弹性系数的关系64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 今后工作展望67-68
• 参考文献68-73
• 硕士期间的研究成果73-74
• 致谢74

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本文编号：318815