彎曲法測試二氧化鈦納米線的力學性能.pdf

1、納米線、納米管等一維納米材料因其較小的尺寸而具有許多突出的物理特性，如光、電、熱、力等。其中力學是最基本的物理性能之一，因此對納米材料力學特性的研究不僅有助于揭示其尺寸—結(jié)構(gòu)—性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，更對微納傳感器及機電器件的發(fā)展有著重要意義。到目前為止，仍沒有一種方法可以同時實現(xiàn)對不同尺度的一維納米材料力學性能的測試。本論文首次提出MM3A微操縱系統(tǒng)與掃描電子顯微鏡(SEM)相結(jié)合的測試平臺，并采用彎曲法，在此環(huán)境下實現(xiàn)了對納米級單根TiO2

2、納米線及微米級TiO2納米線束的力學性能的快速準確測量;通過對多次測試結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)在微納尺度下TiO2納米線的楊氏模量均沒有尺寸依賴性。主要內(nèi)容及測試結(jié)果歸納如下:
　　1.基于彎曲法的懸臂梁模型對單根TiO2納米線的力學性能進行了測試。以直徑為320nm，長度為5.6μm的單根TiO2納米線為例，測得其自由端彎曲過程中的受力-撓度曲線，線性擬合得到斜率K=0.975N/m，根據(jù)理論公式計算楊氏模量E為110.77GPa。通過

3、對直徑在270～920nm之間的12根TiO2納米線測試數(shù)據(jù)的分析，得到單根TiO2納米線楊氏模模量的平均值E=120.39GPa;發(fā)現(xiàn)直徑在100～1000nm范圍的TiO2納米線的楊氏模量不隨直徑尺度的變化而改變，沒有明顯的尺寸依賴性。
　　2.基于彎曲法的雙端固支梁模型對TiO2納米線束的力學性能進行了測試。以直徑為25.6μm，長為1.38mm的TiO2納米線束為例，測得其受力-撓度曲線的斜率K=149.8 N/m，計算得

4、到其楊氏模量E為101GPa。同樣對直徑在25～72μm之間的10根TiO2納米線束的測試數(shù)據(jù)的分析研究，得到TiO2納米線束楊氏模模量的平均值E=92.01GPa;發(fā)現(xiàn)直徑在10～100μm范圍的TiO2納米線束的楊氏模量也沒有明顯的尺寸依賴性。
　　本論文通過對單根TiO2納米線及TiO2納米線束受力-撓度曲線和楊氏模量的測試，首先發(fā)現(xiàn)在100 nm～100μm尺寸范圍內(nèi)，TiO2納米線均沒有尺寸依賴性;得出了同一物質(zhì)在不同形