【摘 要】
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采用激光烧蚀氧化石墨烯薄膜,可实现其微尺度图案化加工,以应用于微纳米电子器件。但激光冲击下氧化石墨烯薄膜的结构及力、电性能变化直接影响了器件稳定性和可靠性。为研究超高应变率加载对氧化石墨烯薄膜的结构及性能的影响,本文进行了如下研究:(1)采用真空抽滤的方式将氧化石墨烯分散液抽滤到滤膜上形成氧化石墨烯薄膜,再将其置于玻璃基底上,以便对其进一步研究。采用不同功率激光冲击氧化石墨烯薄膜,通过对其表面形貌
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采用激光烧蚀氧化石墨烯薄膜,可实现其微尺度图案化加工,以应用于微纳米电子器件。但激光冲击下氧化石墨烯薄膜的结构及力、电性能变化直接影响了器件稳定性和可靠性。为研究超高应变率加载对氧化石墨烯薄膜的结构及性能的影响,本文进行了如下研究:(1)采用真空抽滤的方式将氧化石墨烯分散液抽滤到滤膜上形成氧化石墨烯薄膜,再将其置于玻璃基底上,以便对其进一步研究。采用不同功率激光冲击氧化石墨烯薄膜,通过对其表面形貌、化学成分分析揭示薄膜结构的改变机理。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、四探针测试仪、纳米压痕仪对激光冲击前后的氧化石墨烯薄膜进行表征和测试。通过对薄膜冲击前后的硬度、弹性模量、电导率测试探索合理的激光加工参数。结果表明:在1.14W功率的二氧化碳激光冲击下,可实现加工区氧化石墨烯薄膜的还原且不造成薄膜烧蚀断裂,碳含量最高,氧含量最低,碳氧比最高,其电导率也最高,可达到1.724×10~3S/m,弹性模量和硬度也是最高,为49.97GPa、5.71GPa。(2)在连续刚度法的理论基础上探讨了压入应变速率对氧化石墨烯薄膜硬度值的影响,对氧化石墨烯薄膜在5种不同应变率下做了一系列纳米压痕测验。结果表明,氧化石墨烯薄膜的硬度值随着应变率的增大而增大,体现出明显的应变率相关性,而不同应变率对弹性模量不会产生影响。(3)鉴于氧化石墨烯薄膜在硬度测量过程当中具有的尺寸效应现象,本文采用ER、PSR与Nix-Gao三种模型计算薄膜的真实硬度H0。计算结果证明Nix-Gao模型的算得结果更加靠近薄膜的真实硬度值,并且剔除尺寸效应之后的应变率敏感指数很显然要小于没有考虑尺寸效应的应变速率敏感指数。
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