一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，包括构建自立式薄膜压痕测试的实验平台或仿真模型；测量压头尖端和薄膜样本的尺寸或根据需求设置压头尖端和薄膜样本的尺寸；利用实验平台或仿真软件对薄膜样本进行压痕操作，获得相应的载荷‑位移曲线；将多条载荷‑位移曲线呈现在一幅图中，去除偏差较大的曲线；将剩下的所有曲线求平均，得到平均曲线；通过拟合压痕响应的理论模型来确定薄膜的弹性模量；本发明专利技术提供了一种通用的压痕模型，可描述任意压头大小的压痕响应，以便从测试的载荷‑位移曲线中提取出薄膜的弹性模量；本方法无需根据压头的相对大小来选择合适的公式，也无需丰富的数据处理经验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米压痕领域，具体为一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法。

技术介绍

1、纳米压痕是非常普遍的材料性能测试方法；通过在纳尺度下施加载荷并测量材料的响应，再借助理论模型提取其力学特性，可为材料设计、工程应用以及科学研究提供重要信息；由于模型的适用性决定着测试的准确性，因此压痕力学模型对于纳米压痕测试至关重要；

2、对于薄膜类材料，常采用自立式压痕测试，即利用原子力显微镜对加持边界的悬空薄膜实施压痕操作；一般地，科研人员将压头加载近似为集中力加载，建立了圆形薄膜在中心受集中力作用下的压痕响应模型(即点加载模型)，给出了载荷-位移关系；该模型已被广泛用于纳米压痕测试中提取膜材料的力学特性；然而，在实际的自立式薄膜压痕测试中，压头的尺寸可能对测试结果产生重要影响；研究表明，点加载假设仅在压头半径与样品半径之比小于1/30时成立；随着比值的增加，点加载模型的误差会逐渐变大；为此，又有科研人员推导了适用于较大压头的压痕载荷-位移关系(即球加载模型)；尽管如此，两种模型都是针对特定(大压头和小压头)情况推导而来，其适用范围非常有限；特别当本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，利用通用的模型从自立式薄膜压痕测试的载荷-位移曲线中提取弹性模量，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，其特征在于，步骤S2中，使用扫描电子显微镜测量压头的尖端半径以及薄膜样本变形区域的半径。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，其特征在于，步骤S2中，仿真测试采用分子动力学模拟或有限元模拟。

4.根据权利要求1所述的一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，其特征在于，步骤S6中，拟合理论模型的算法采用最小二乘法...

【技术特征摘要】

1.一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，利用通用的模型从自立式薄膜压痕测试的载荷-位移曲线中提取弹性模量，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米压痕测试求取薄膜弹性模量的方法，其特征在于，步骤s2中，使用扫描电子显微镜测量压头的尖端半径以及薄膜样本变形区域的半径。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张田忠，王瑞金，应天泉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：