4-第四讲--薄膜材料物理--第二章薄膜的力学性质
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4-第四讲--薄膜材料物理--第二章薄膜的力学性质
第四讲第二章薄膜的力学性质第二章薄膜的力学性质(续)第四讲§2.4内应力的测试方法1、悬臂
梁法测量时常用基片—云母片、玻璃片尺寸:15×2×0.05~65×10×0.15mm3测量方法:目镜直视法、各种光学法、电感法、电容法、机电法等,其中电容法的灵敏度最高。
薄膜内应力:2、
弯盘法采用圆形基片,分别测量出在淀积薄膜前后的基片的曲率半径R1和R2,则薄膜单位宽度的应力为:基片:玻璃、石英、单晶硅
尺寸:0.13×Ф18-0.22×Ф30,光学抛光测量方法:牛顿环法(常用)、x射线衍射法、光纤法等。
3、x射线衍
射法测试前,用标准的硅单晶样品→标定装置误差。
薄膜厚度>30nm,观测衍射峰最大值所对应的布拉格(Bragg)角Θ,并比较薄膜的Θ和块状的Θ角。
§2.5薄膜的机械强度分为抗张强度、耐压强度(用硬度表示)薄膜常开裂→薄膜
的断裂是它的应力→应变曲线的终点→抗张强度与应力—应变关系紧密。
2.5.1薄膜的应力—应变曲线块材:先线性弹性阶段→非线性弹
性阶段→塑性变形薄膜:有可能发生蠕变,因为薄膜内的缺陷较多,受到内部弹
性能的活化而发生了一些变化。
→与块材不同2.5.2薄膜的抗张强度薄
膜的断裂机理:在薄膜的内部局限区域中发生塑性变形,导致在该处变薄,结果这个区域中内应力增大,出现小的裂纹,最后发生断裂。
薄膜特点:缺陷较多,表面积与体积之比很大,本身有内应力。
薄膜的屈服强度:。
薄膜材料的力学行为与应用薄膜材料是指厚度相对较薄的材料,可以是金属、陶瓷、聚合物等材料制成。
由于其独特的力学行为,薄膜材料在许多领域都有广泛的应用。
本文将探讨薄膜材料的力学行为以及其在各个领域的应用。
一、薄膜材料的力学行为1. 基本概念薄膜材料的力学行为受到其几何结构以及材料本身的特性影响。
薄膜通常具有高度表面积与体积比,因此可能显示出与宏观材料不同的性质。
薄膜材料的力学行为研究涉及到应力、应变、蠕变等参数的分析。
2. 弹性行为薄膜材料在受力时通常表现出弹性行为,也即在去除外力后能恢复到初始状态。
弹性模量是评估材料弹性性质的一个重要参数。
对于薄膜材料来说,尺寸效应对其弹性模量产生显著影响,较小尺寸的薄膜材料通常表现出较高的弹性模量。
3. 塑性行为除了弹性行为外,薄膜材料也可能出现塑性变形。
当应力超过一定临界值时,薄膜材料会发生形变,且不会完全恢复到初始状态。
塑性行为的研究对于薄膜材料的应用具有重要意义,例如在可变形电子元件中,薄膜的可塑性可以实现弯曲、拉伸等形变操作。
4. 界面效应薄膜材料通常存在于支撑衬底上,这种界面对其力学行为有重要影响。
界面能量对于薄膜的弹性、塑性、蠕变等力学行为起到调控作用。
因此,研究薄膜材料的界面效应对于提高材料的力学性能具有重要意义。
二、薄膜材料的应用1. 微电子领域薄膜材料在微电子领域中有着广泛的应用。
例如,薄膜材料可以作为微电子器件的基底或者封装层,提供保护和支撑功能。
另外,薄膜材料的弯曲性质使其成为可实现柔性电子器件的理想选择,如柔性显示器、可穿戴设备等。
2. 光电领域薄膜材料在光电领域中也有广泛的应用。
例如,薄膜太阳能电池利用薄膜材料的光吸收和电子传输特性,将太阳光转化为电能。
此外,薄膜还可以应用于光学镜片、涂层等领域,发挥其光学性能。
3. 传感器领域薄膜材料在传感器领域具有重要应用价值。
由于薄膜材料的高灵敏度和可调变形性质,使其成为传感器元件的理想材料。
例如,薄膜材料可以应用于压力传感器、湿度传感器、生物传感器等,实现对于外界参数的敏感检测。
物理学中的薄膜力学特性研究薄膜材料在生活中随处可见,例如电子产品中常用的薄膜屏幕、太阳能电池板、医用贴片等等。
这些材料的力学特性对于产品的功能和性能都有着决定性的影响。
因此,薄膜力学特性的研究变得越来越重要。
薄膜力学特性的研究主要是针对薄膜的力学性质和变形机理进行探究。
之所以崇尚薄膜研究,是因为薄膜与传统的板材相比,在力学上具有独特的特性。
首先,薄膜因其厚度比较小,因此其力学性质与普通材料不同。
比如说,薄膜的弯曲角度会影响其强度和变形速度,而在板材中这一点不成立。
因此,研究薄膜的力学特性可以有助于设计出更稳定、更耐用的材料。
其次,薄膜的某些力学特性在应用上有着非常重要的作用。
例如,薄膜的自由面能对于其在液态浸润中的行为产生影响;有些薄膜材料的应用要求即使在大变形下仍能保持能量吸收能力;还有些材料需要具有较低的弯曲刚度,才能达到所要求的柔性或可卷曲性。
薄膜力学研究所需要利用的工具和方法主要分为两类:试验和计算模拟。
试验手段包括如拉伸试验、压力试验、穿透试验等等,这些试验能够通过一些微小的变形或者力学响应来获得薄膜材料的物理性质指标。
计算模拟方法则常常使用有限元法,将薄膜结构建模,并得出其力学指标。
这些数学和计算方法在薄膜研究中有着广泛的应用。
在现实的应用中,人们对于薄膜的力学性质研究有着不同的需求。
例如,对于在电子产品的制造中,要求其具有高的拉伸强度、高弹性模量和良好的可加工性等性质,因此这些固定需要通过力学指标的测试得出。
而对于一些柔性电路板或者弯曲产品,其需要满足更多变形机理的要求,而这方面的研究更是仍处于探究阶段。
总之,薄膜力学特性的研究在如今的应用中具有着越来越重要的意义。
研究者们希望通过不断的探索和实验,掌握更加精准和深入的薄膜力学规律,从而带来更多更优质的产品和应用。