納米尺度金屬薄膜在拉伸情況下的穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米薄膜/基底結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。例如：機(jī)械部件、建筑構(gòu)件、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)等。因此，將薄膜和基底作為一個(gè)基本結(jié)構(gòu)研究薄膜的變形和損壞，對(duì)預(yù)測(cè)納米薄膜器件的使用壽命有重要的參考意義。薄膜的破壞形式有兩種，一種是在拉伸狀態(tài)下的分叉和斷裂，另一種是在壓縮載荷情況下的屈曲和脫粘。對(duì)薄膜的破壞形式這一問題的研究，既可以借助建立相應(yīng)的力學(xué)模型進(jìn)行仿真和數(shù)值分析計(jì)算，也可以設(shè)計(jì)一定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。近年來，通過國(guó)內(nèi)

2、外學(xué)者的努力，在計(jì)算和實(shí)驗(yàn)上均取得了很多的成果。
　　 在本文中，我們?cè)诳偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果的基礎(chǔ)上，主要通過實(shí)驗(yàn)的方法研究薄膜/基底結(jié)構(gòu)在拉伸載荷下薄膜出現(xiàn)的分叉和斷裂的破壞過程。我們采用在相同厚度的PET基底上沉積不同厚度鋁膜的薄膜/基底結(jié)構(gòu)作為試件，分別對(duì)薄膜厚度為100nm、150nm和200nm的三種不同試件進(jìn)行了拉伸加載實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們采用本課題組設(shè)計(jì)的加載裝置，并在OLYMPUS顯微鏡下觀察薄膜表面的變化情

3、況。最后，我們通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：隨著薄膜厚度的增加，薄膜出現(xiàn)分叉現(xiàn)象的失效應(yīng)變也隨著增大；當(dāng)薄膜表面出現(xiàn)裂紋時(shí)，裂紋密度的大小取決于薄膜的厚度和加載的應(yīng)變的大小。
　　 為了研究不同材料的薄膜在拉伸載荷下出現(xiàn)的分叉和斷裂現(xiàn)象，我們?cè)谘芯夸X膜破壞的基礎(chǔ)上，采用在相同形狀和厚度的PET基底上沉積了不同厚度的銅膜的薄膜/基底結(jié)構(gòu)試件以作對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們?nèi)圆捎帽菊n題組設(shè)計(jì)的加載裝置，對(duì)薄膜厚度為300nm、50