论文部分内容阅读
在过去的二十多年里,随着纳米科学技术的迅猛发展,如今纳米材料已广泛应用于微纳米系统中的关键零部件和金属连接线;特殊功能材料中的超硬材料、脆性材料、多孔材料;摩擦学中测试微器件的表面薄膜和涂层;生物组织中牙齿、骨骼、细胞的力学性能测试技术;信息工程技术中对焊点施压等方面。随着纳米科学领域研究的不断深入,对纳米材料的探索也逐步由观测样品表面形貌延伸到了力学性能等特征参数的获取领域。由于力学性能是材料的一项重要基本性能参数,研究人员迫切地需要了解材料在微观和宏观不同条件下力学性能之间的联系和区别,并希望得到相应的理论数据来指导新材料新结构的设计。但是针对纳米力学表征的研究并不多见,随着纳米技术的不断发展,纳米力学势必将成为力学研究领域中不可或缺的重要组成部分,也是将来要深入研究的重要领域,其结果对纳米材料的应用有着非常重大的指导性意义。压痕技术中的载荷压入曲线好比材料的“指纹”,由此可以得到相应材料的力学性能指标,因此,可以通过该方法将材料的宏观力学性能参数与内在微观特征结合起来。纳米压痕技术是压痕技术的进一步发展,它的出现使得纳米力学性能在微观领域的研究成为可能。在本文中主要对核-壳一维纳米线的力学特性参数进行测试,以弹性模量为主要研究对象,采用自主研发的扫描电子显微镜/扫描探针显微镜（SEM/SPM）联合测试系统,通过三点弯曲的试验方法,得到被测试样品的力位移曲线,并通过对实验数据的处理,计算得出实验结论。在本文中采用的样品与研究的主要内容及成果如下:1.以直径130 nm到150 nm的SiC纳米线作为实验的研究对象,且本实验中SiC纳米线样品存在厚度为15 nm左右的自然氧化层,通过能谱分析,X射线衍射分析得到该自然状态氧化层为SiO2,通过使用1 mol/L氢氧化钠溶液对样品进行不同时间的处理,得到5 nm,10 nm和15 nm不同氧化层厚度的SiO2@SiC纳米线,并以SEM/SPM联合测试系统为手段,三点弯曲理论为实验方法,复合弹性模量为指导,分别对其进行实验并求出不同氧化层厚度的SiO2@SiC纳米线的弹性模量值,最终由实验所得结果分析讨论得到:当SiO2@SiC纳米线氧化层厚度大于5 nm时,对SiC纳米线本身力学性能的影响是不可忽略的,且随着氧化层厚度的增加,影响趋势变化明显。2.以C@Ag纳米线为样品,在该实验过程中首先通过硝酸银,葡萄糖溶液在160?C下保温不同时间合成出80 nm到120 nm直径不等的C@Ag纳米线,并使用扫描电镜Quanta 250与透射电镜T 20对其形貌与微观结构进行表征,随后通过SEM/SPM联合测试系统,使用三点弯曲的试验方法求出C@Ag纳米线弹性模量的平均值为125 GPa,比同直径纯Ag纳米线的102 GPa高出25%左右,比块体Ag的80 GPa要高出50%,正因C@Ag纳米线具有相比宏观Ag材料与微观Ag纳米材料更优秀的性能表现,所以可以更加可靠广泛的应用于各种纳米元器件中。