超薄银纳米薄膜原位纳米压痕力学性能表征

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maoduoli
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
纳米薄膜的光学、电学、磁学、超导等很多物理性能不同于传统的块体材料,这些与众不同的特性在现代工业领域有着极为重要的作用,而且应用十分广泛,比如薄膜传感器、薄膜太阳能电池和平板显示器件等。随着元器件朝向精密化、智能化,高密度、高集成的方向发展,其对纳米薄膜尺度的要求越来越高,已由之前的微米级别转为纳米尺度,并对其性能的要求也愈加苛刻,需要借助精密仪器和合适的模型进行研究。本文研究的对象是100nm左右的超薄银薄膜。实验借助自主研发的扫描电子显微镜扫描探针显微镜SEM-SPM联合测试系统,采用球形针尖对超薄纳米银薄膜进行了纳米压入测试,并通过考虑粘附力的DMT模型和消除基底效应的King修正模型得到超薄银薄膜最为真实的力学性能,其研究结果如下:  (1)利用SEM-SPM联合测试系统,基于DMT模型和King修正模型,对比研究了高真空和空气环境下单晶硅片上厚度分别为60,90,120,180nm的超薄银薄膜的弹性模量。相同压入比下,两种测试环境下超薄银薄膜弹性模量与膜厚无关,也没有展现出明显的尺寸效应;压入比从0.1到0.3之间,空气中湿度会使得这个阶段的模量测试结果偏大;压入比处于0.3到0.7之间时,空气中不同膜厚的模量值保持稳定,维持在85GPa左右;压入比处于0.7到1之间时,模量值逐渐减小。真空下处于压入比为0.1到0.7 之间的弹性模量保持在85GPa左右;压入比处于0.7到1之间时,四种银薄膜测量结果逐渐减小。  因此,当空气中压入比从0.1到0.3时,超薄纳米银薄膜真实的弹性模量为85GPa左右,湿度为77RH时,湿度对测试影响显著,让测试结果偏离真实值;压入比0.3到0.7之间,此时空气湿度的影响可以忽略。超薄纳米金属薄膜的测试结果会受到空气中水汽的严重干扰,造成测量结果偏大,真空条件可以排除这一干扰,如果在空气中测试超薄银薄膜力学性能,需要降低空气湿度,应当选取压深与膜厚之比h/t处于0.3—0.7范围的数据比较可靠。  (2)以三种粗糙度分别为0.91、2.81、5.38nm的纳米银薄膜为研究对象,实验发现:银薄膜弹性模量的有效值并没有随着粗糙度的改变发生明显改变,因此超薄银薄膜的弹性模量有效值与其表面粗糙度的大小并没有必然的联系,而是会随着粗糙度的增大,弹性模量幅度逐渐增大,测量在真空下的稳定性高于在空气中的稳定性。
其他文献
流动分离是流体力学中一种复杂而普遍的流动现象。在航空、航天等领域中,流动分离现象会导致飞行器在飞行过程中升力降低、阻力增加,甚至会引发失速现象,对飞行器的安全性能
球磨机是我国火力发电厂最常见的制粉设备,其电耗高达厂用电的20%左右,因此球磨机的节能、高效运行是企业提高经济效益的主要途径之一。要降低制粉电耗,必须保证球磨机的料位在最
当前,装载机正面临着操纵和控制的改革,电子化、自动化、机器人化是装载机更新换代的发展方向。我国装载机的发展必须与国际接轨,为了提高我国装载机在国际市场上的竞争力,必须加快装载机的机器人化和智能化方面研究。本论文从智能机器人的思想出发,研究了机器人化装载机的控制问题,引用了施小博等人提出的基于行为的控制方法。认为这种控制方法能够满足装载机复杂的工作环境。并对这种控制方法的实现过程进行改进,即采用几个
超声电机是采用压电材料驱动的不同于传统电磁电机的一种新型电机。它具有响应快、可以直接驱动、定位精度高、低速大扭矩、断电自锁、不受磁场干扰等优点,在航空航天、半导体制造、工业自动化、民用、生物技术等领域具有广阔的应用前景。现行的超声电机理论研究大多未考虑电机工作温升带来的影响,这使理论研究与实际情况有一定的差距。本文选用旋转型行波超声电机TRUM-60作为研究对象,在一定的假设条件的基础上,进行了超
矿山开采在为我国经济发展提供发展动力的同时,也对矿山开采范围及其周边的环境造成了不同程度的破坏,这不仅不适应我国可持续发展战略的要求,也不利于对矿区资源的综合有效利用
弹性波箔动压径向气体轴承是一种新型的支承元件。国外已有成型产品用于透平膨胀机等高速旋转设备上,在理论和应用方面都进行了较为深入地研究。而国内目前主要处在理论探索阶段,对轴承性能的研究虽有些相关报告,但系统性的理论分析还没有形成,特别是在应用方面还没有成熟的产品出现。该类轴承的箔片弹性及阻尼对轴承工作性能的影响比较复杂,精确建模困难较大。本论文主要完成了以下几个方面的工作。首先分析了弹性箔片在载荷作
随着工业社会的发展,传感测控技术的发展越来越受到重视,被广泛应用在航空航天、医疗器械、矿产开采、精密制造等行业。传感测控技术中很重要的一部分就是力测量技术的研究。