[发明专利]一种柔性基底上纳米薄膜的弹性模量测试方法

摘要

本发明涉及一种柔性基底上纳米薄膜的弹性模量测试方法，属于纳米薄膜的力学性能测试技术领域。本方法在传统的步进电机结合滚珠丝杠的加载模式基础上，设计了与柔性基底位置关系可调的上、下挡片和滑块，保证了预拉伸后的基底不受其它部件的接触影响，控制了基底表面的镀膜区域，实现了预拉伸条件下基底的上、下部分表面对称镀膜，并且满足了压缩过程中，柔性基底无镀膜部分和镀膜部分的变形同步测试需求。此外，本发明首次实现了预拉伸技术与应变差异方法的结合，解决了薄膜压缩易屈曲的难题，获得了柔性基底上纳米薄膜的弹性模量。

主权项

1.一种柔性基底上纳米薄膜的弹性模量测试方法，其特征在于该测试方法包括以下步骤：(1)搭建一个弹性模量测试装置，该测试装置包括一个运动机构和一个测试机构，所述的运动机构包括步进电机、一级减速器、二级减速器、滚珠丝杠、左丝杠螺母和右丝杠螺母，所述的步进电机安装在底座上，步进电机的输出轴依次与一级减速器和二级减速器相连接，二级减速器与滚珠丝杠连接，所述的左丝杠螺母和右丝杠螺母与滚珠丝杠联动，滚珠丝杠的两端支撑在支撑座内，支撑座固定在底座上；所述的测试机构包括柔性基底、L形连接件、力传感器、导轨、上滑块、下滑块、弹簧、上挡片、下挡片、左载物台和右载物台，所述的L形连接件与运动机构中的左丝杠螺母联动，所述的力传感器与L形连接件相对固定；所述的柔性基底的两端分别通过加强片和销轴固定在左载物台和右载物台上，柔性基底的左侧上部设有上挡片和上滑块，柔性基底的左侧下部设有下挡片和下滑块；(2)驱动步骤(1)弹性模量测试装置中的步进电机，通过运动机构带动左载物台和右载物台，使柔性基底预拉伸至某一特定力值，暂停步进电机运转；(3)将步骤(2)的弹性模量测试装置测试机构中的上、下滑块推出,以控制柔性基底的暴露面积，并调整弹簧伸长量,以控制上、下滑块与柔性基底表面的距离，保证预拉伸后的柔性基底不受上、下滑块的接触影响；(4)将步骤(3)的弹性模量测试装置底面水平置于一个镀膜机内，启动镀膜机，对柔性基底下表面的暴露部分进行沉积镀膜，使柔性基底下表面的纳米薄膜厚度为(5)将步骤(4)的弹性模量测试装置顶面水平置于所述的镀膜机内，再次启动镀膜机，对柔性基底上表面的暴露部分进行沉积镀膜，使柔性基底上表面的纳米薄膜厚度为(6)将步骤(5)的弹性模量测试装置中上、下挡片和上、下滑块取出，重新启动步进电机，进行步进式压缩测试实验，通过两个光学变形测试系统，同时测定柔性基底的无镀膜部分和镀膜部分的轴向平均应变，利用应变差异方法中的弹性模量计算公式，计算得到纳米薄膜的弹性模量Ef：其中，t_f为纳米薄膜总厚度，E_s为柔性基底弹性模量，t_s为柔性基底厚度，和分别为柔性基底的无镀膜部分和镀膜部分的轴向平均应变。