基于微悬臂梁弯曲法的微尺度力学特性测量技术研究

发布时间：2018-01-02 22:41

  本文关键词：基于微悬臂梁弯曲法的微尺度力学特性测量技术研究　出处：《天津大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 微尺度力学特性 微悬臂梁 弯曲法 弹性常数 界面脱粘能

【摘要】：随着微纳技术的不断发展,以微尺度的高性能新材料(如纳米薄膜、纳米管、纳米线、石墨烯、黑磷等)为基础的低维微结构成为了当今的研究热点。新的微加工工艺的进步和完善也使微机电系统器件得到了极大的发展和广泛的应用。但是,微尺度材料或器件由于其本身结构的微小,导致尺度效应的作用和影响非常大,力学特性相比常规尺寸材料或结构发生了很大的变化。微尺度力学性能的优良程度直接影响了设计器件的性能。对微纳尺度结构或器件力学特性的研究和高精度表征是微结构设计制造和评价需要迫切解决的问题。本文研究了微悬臂梁探针微弯曲法的测量原理,分析现有方法的不足,设计并研制了自制的微尺度力学特性测量系统,在系统中实现了原位标定微悬臂梁探针弹性常数的功能;通过集成光学显微干涉全视场高精度表面三维形貌测量模块,提高了系统的测量精度,并拓展了应用领域。本文完成的主要工作有:(1)详细讨论了微尺度力学特性的测量方法和原理,提出了基于微悬臂梁弯曲法的微尺度力学特性检测方案,搭建系统并对其整体的性能参数进行验证。(2)对微悬臂梁的法向弹性常数标定方法进行了讨论,原位标定了多种常用悬臂梁探针的法向弹性常数,并详细评定了不确定度。将多种方法的标定结果进行比对,讨论了每种方法的优缺点和适用范围。(3)研究了其他方法难以标定或标定结果不确定度较大的特殊形状或尺寸的悬臂梁探针的法向弹性常数标定问题,通过实验获得了超短梁、超硬梁、Tipless梁的可靠弹性常数。进一步验证本文标定方法对悬臂梁的形状尺寸硬度等参数均无特殊要求,测量范围广。(4)设计了新的实验方法对微悬臂梁探针的横向扭转弹性常数进行标定,并对标定结果进行分析与评价。将标定过横向弹性常数的悬臂梁探针应用在精确的力学测量表征中,提高了悬臂梁横向力检测的可靠性。(5)将悬臂梁探针微弯曲法力加载与光学显微干涉形貌测量相结合,研究了单轴压缩载荷作用下铜膜/有机玻璃基底结构上薄膜受挤压产生的泡状屈曲的力学性能以及薄膜与基底之间的界面脱粘能。
[Abstract]:In this paper , the method and principle of micro - scale mechanical properties are discussed in detail .

【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87
，

本文编号：1371257