结构力学薄膜效应

中图分类号：TB3

论文编号：10006BY1119120

钨薄膜的制备及其氢氦辐照效应

研究

作者姓名 俞坚钢

学科专业 凝聚态物理

指导教师 朱开贵 教授

培养学院 物理科学与核能工程学院

博 士 学 位 论 文

I

Study on Preparation of Tungsten Film and its Irradiation

Effects of Hydrogen and Helium

A Dissertation Submitted for the Degree of Doctor of Science

Candidate：Jiangang Yu

Supervisor：Prof. Kaigui Zhu

School of Physics and Nuclear Energy Engineering

Beihang University, Beijing, China

摘要

钨材料具有较好的物理和化学性质，比如：极高的熔点、较好的热导率、良好的高

温力学性能、较低的物理化学溅射率以及几乎不与氢反应等优点，因此被人们视为是未

来核聚变装置中最有希望的面对等离子体材料。然而，在真实的核聚变装置中，作为第

一壁材料以及偏滤器的钨材料将会受到高束流强度的载能氘氦以及其他粒子的轰击。这

些粒子的轰击会导致钨材料的表面起泡和剥落现象，这会在核聚变装置长时间运行后造

成氘氦在材料内的大量滞留。因此，提高钨的抗辐照性就显得尤为重要。此外，不同结

构的钨材料由于内部具有不同的缺陷和晶界情况，因此在氘氦辐照后会产生不同的辐照

效应。本论文采用磁控溅射方法制备出具有一定厚度的钨薄膜。对样品进行低能氘辐照

以及高能氦辐照，并与常规的粉末冶金多晶钨进行对比，研究辐照后钨块体和薄膜材料

在不同微观结构下的表面形貌变化和滞留行为。

首先，研究了不同基底钨薄膜的表面形貌和微观结构。利用SEM观测到薄膜具有

典型的柱状结构以及表面具有“纳米山脊”状形貌。另一方面，尽管不同基底上的钨薄膜

应用力学中的弹性薄膜理论

弹性薄膜理论是应用力学中的重要组成部分，它可以帮助我们理解许多不同领域中的现象，如纳米技术、生物医学、能源、光学等等。在本文中，我们将深入探讨弹性薄膜理论的相关概念和应用。

弹性薄膜是一种薄而柔韧的薄膜，它能够承受从外部环境中施加在其表面上的各种力，同时又能够保持其平面形态。为了更好地理解弹性薄膜的本质，我们需要先了解两个重要概念：弹性力和应变能。

所谓弹性力，是指当一个物体发生形变时，在形变消除后物体恢复原始形状时所表现出来的力。在弹性薄膜中，弹性力的大小与弯曲程度成正比，而与压力大小无关。应变能则是指当一个物体发生形变时，所存储的能量。在弹性薄膜中，应变能可以用来描述薄膜表面被弯曲或拉伸时存储的能量。

弹性薄膜的弯曲和形变是由膜表面和膜内的应力决定的。表面张力是膜表面上的一种力，它可以带来弯曲和形变。与此同时，弹性模量和泊松比等因素也会对膜的形变和弯曲产生重要影响。

弹性薄膜理论的一个重要应用领域是纳米技术。在纳米技术中，弹性薄膜被用作各种微纳机械器件的基础结构。例如，微型机器人、振动传感器以及微流体控制器等。在这些器件中，弹性薄膜产生的形变和弯曲被用来触发各种反应和运动。

另一个应用领域是生物医学。在生物学中，弹性薄膜理论被用来理解和探索各种生物系统，例如细胞和组织的形态学和力学性质。由于组织和细胞都是软体材料，它们的力学行为类似于弹性薄膜。因此，弹性薄膜理论被广泛地用来分析和描述这些生物系统的形变和弯曲。

在能源领域，弹性薄膜被用作一种重要的传感器。例如，在电池中，弹性薄膜可以检测电池中的应力变化，并反映电池中化学反应的进行情况。同样，在太阳能电池中，弹性薄膜可以被用来监测和控制太阳能电池的性能和效率。

弹性薄膜理论还可以被用于光学和光学器件中。在光学中，弹性薄膜被用来制作各种光学元件，例如反射镜、透镜和干涉仪等。这些元件的设计和制造与弹性薄膜理论紧密相关，具有高度的可预测性和可控性。

1.1 课题研究的目的和意义

钢筋混凝土板在土木工程中应用广泛。长期以来，各国学者在钢筋混凝土板的极限分析方面进行系统而广泛的研究，发展了不同的实用分析方法。其中“薄膜效应”是钢筋混凝土板极限分析的重要课题。已有的试验结果表明，在支承边界受到水平约束条件下，钢筋混凝土板的极限承载力明显高于未受水平约束板的极限承载力，这种现象称为“薄膜效应”。对常用配筋率的钢筋混凝土板按纯弯理论计算时，截面的中性轴位置在临近破坏时非常接近于板的表面，板的中平面位于受拉区，当板的周边受到水平约束时，这种中平面的变形与板的边界条件显然是不协调的。也就是说，中性轴只有移向截面高度的中央才能使板中平面与边界条件变形协调，这样就需要有较大的薄膜压力方能达到这种状态，而这种薄膜压力将由支座来提供。此时板破坏时混凝土压区高度较之纯弯时为大，从而显著地提高钢筋混凝土板的承载能力。

本世纪初期，德国学者 C.Bach 和 O.Graf 在钢筋混凝土板的试验中就发现了薄膜效应的现象。随后，1955 年 A. J. Ockleston发表了南非一栋三层钢筋混凝土原型结构的破坏性试验结果，指出由于“薄膜效应”的存在，实测破坏荷载比按塑性铰线理论求得的值高 3-4 倍。

此后，各国学者对薄膜效应从试验和理论上都进行了深入的研究。对具有侧向约束边界、均匀受荷的钢筋混凝土板单块板格进行了试验，研究结果表明，具有侧向约束边界的单块板格的极限荷载明显高于 Johansen 屈服理论求得的极限荷载。但理论上精确的计算荷载－挠度关系全过程曲线是极其复杂的，在分析中必须考虑混凝土裂缝、钢筋的流动与强化、复杂应力状态下的混凝土本构关系、钢筋与混凝土之间的粘结滑移以及几何形状的改变等各种复杂因素，因而，至今尚未获得完全满意的解决方法。

前苏联学者试图在结构分析中能考虑这种薄膜效应，对当时正在编制修订的钢筋混凝土结构设计规范拟采用破损荷载方法作了全面论证，提出在钢筋混凝土双向板设计应容许考虑薄膜压力效应的影响。并以经验的方式、简单地将多跨双向板楼盖中的中间各跨板内所需钢筋建议减少 20%。1950 年苏联颁布了考虑塑性变形的钢筋混凝土板和次梁计算规程。在该规程中，除考虑塑性内力重分布进行钢筋混凝土板和次梁的设计外，还在多跨连续双向板的设计中，容许考虑薄膜压力的有利影响，可减少板中钢筋用量 10~20%。

Applied Physics 应用物理, 2016, 6(10), 205-211

Published Online October 2016 in Hans. /journal/app /10.12677/app.2016.610026

文章引用: 史志界, 江正华, 周浩, 汤如俊. SrCoOx薄膜中的氧空位效应研究[J]. 应用物理, 2016, 6(10): 205-211. /10.12677/app.2016.610026

Study on the Effects of Oxygen Vacancy in

SrCoO

x Thin Films

Zhijie Shi, Zhenghua Jiang, Hao Zhou, Rujun Tang*

College of Physics, Optoelectronics and Energy of Soochow University, Provincial Key Lab of Thin Films,

Suzhou Jiangsu

Received: Sep. 26th, 2016; accepted: Oct. 10th, 2016; published: Oct. 14th, 2016

Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.

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Abstract

In this work, we grew brownmillerite SrCoO