用于聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法技术

本发明专利技术涉及用于聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法，包括构建聚合物纳米膜界面水泡双层复合结构，产生界面水泡，确认界面水泡并对其进行精确成像，3D拟合得到界面水泡的形貌特征，利用原子力显微镜纳米压痕法测量界面水泡的刚度，用能量分析和薄壳理论得到聚合物纳米膜杨氏模量的表达式并带入参数获得杨氏模量。有益效果在于：本方法利用基底支撑的聚合物纳米膜浸入水中生产界面水泡这一简单方法制备出样品，通过压痕法测量水泡顶点的力学性能消除了基底效应的影响并获得可靠的结果，利用基于能量分析的理论模型来计算待测聚合物纳米膜的杨氏模量，不需要复杂的样品处理和样品转移，具有低成本、样品制备简单、高精确度的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
用于聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法


[0001]本专利技术涉及聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量领域，尤其涉及基于界面水泡薄壳理论的聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法。

技术介绍

[0002]厚度为一百纳米以下的聚合物纳米膜被广泛应用于现代尖端技术，主要有纳米压印光刻、微机电系统、类皮肤电子等行业，在各种材料特性中，聚合物纳米薄膜的机械性能不仅对其有效利用至关重要，而且是探索小尺度下大的比表面积材料的关键参数，因此确定聚合物纳米膜的力学性能十分必要，但其力学性能的测定仍然具有挑战性；
[0003]在过去的几十年里，已经发展出各种方法来表征薄膜的力学性能，传统的纳米压痕法通常用一个尖锐的压头将薄膜材料压到纳米级深度的形变，以获得力
‑
位移曲线来推算出薄膜材料弹性模量，虽然纳米压痕测试不需要将薄膜从支撑的基底上移除，可以在薄膜制备后立即进行力学测量，但它受到从底层固体基底到薄膜材料的应力传递的严重影响，也就是说，最终得到的是薄膜
‑
基底体系的混合模量，而不是薄膜的本征模量；
[0004]为了消除上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法，其特征在于,具体包括：步骤S1、构建聚合物纳米膜界面水泡双层复合结构，产生界面水泡；步骤S2、确认界面水泡，对其进行精确成像，3D拟合得到界面水泡的形貌特征；步骤S3、利用AFM纳米压痕法测量界面水泡顶点处的刚度，并获得特征刚度k
b
；步骤S4、利用能量分析和薄壳理论计算聚合物纳米膜的杨氏模量表达式，将纳米水泡刚度及水泡参数带入表达式获得杨氏模量，具体步骤为，步骤S41、得到悬臂针尖对界面水泡做功的能量公式步骤S42、探针对水泡做功被转化为水泡的变形能，即W
t
≈E
def
；步骤S43、采用薄壳理论来计算压痕过程中界面水泡的总变形能量，公式并根据胡克定律对W
t
执行关于δ的二阶导数得到界面水泡的刚度从而得到超薄膜的杨氏模量的计算式其中E
stretch
和E
bend
是拉伸能和弯曲能，和分别是拉伸刚度和弯曲刚度，ν是材料的泊松比，E是材料的杨氏模量；步骤S44、将各个参数带入超薄膜杨氏模量的表达式计算出聚合物纳米膜的杨氏模量。2.如权利要求1所述的用于聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法，其特征在于：所述构建聚合物纳米膜界面水泡双层复合结构主要通过利用旋涂法将聚合物的良溶液旋涂在玻璃基底上来制备聚合物纳米膜，用原子力显微镜测量纳米膜的厚度并记为h，将样品在真空下退火1小时，退火温度在玻璃化转变温度以上，再将基底支撑的聚合物纳米膜浸入水中来产生界面水泡。3.如权利要求1所述的用于聚合物纳米膜材料的杨氏模量测量方法，其特征在于，所述步骤S2具...

【专利技术属性】
技术研发人员：项诗涵，许懿，陈龙泉，靳亚康，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：