微拉曼光譜技術在納米材料力學性能研究中的應用.pdf

1、微拉曼光譜技術微拉曼光譜技術在納米材料力學性能研究中的應用在納米材料力學性能研究中的應用ApplicationofMicroRamanSpectroscopyinStudyonMechanicalPropertiesofNanomaterials一級學科：力學學科專業(yè)：固體力學研究生：李秋指導教師：亢一瀾教授天津大學機械工程學院二零一一年五月I摘要微納領域科學技術發(fā)展迅速，迫切需要開展微納米力學測試新技術以及多尺度相關聯(lián)的實驗力學分析方

2、法的研究。將微拉曼光譜法作為一種新的微尺度力學測試手段應用于材料力學實驗研究，在測量基礎理論與分析方法方面還有很多工作有待于開展。本文針對碳納米管（CNT）材料力學性能的多尺度實驗分析與拉曼測試技術，以及多孔硅材料的拉曼應力測量理論與應用展開了研究。本文首先將宏觀力學拉伸實驗、顯微形貌觀測、微光譜探測實驗技術結合，構建了一個多尺度的實驗測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了CNT復合材料力學行為的多尺度實驗研究。其中，微觀上通過微拉曼光譜，探測材料晶格結構的

3、力學響應，細觀上通過掃描電鏡觀測材料的細觀結構變形，宏觀上測量材料的應力和應變，設計并研制了與微拉曼光譜儀配套的微拉伸加載裝置，將不同尺度的實驗通過同步在線的測量方式進行關聯(lián)，能夠實現(xiàn)對具有多級結構的CNT復合材料力學性能的精細實驗研究。本文利用上述多尺度實驗測量系統(tǒng)，研究了CNT纖維和薄膜材料的力學性能及其細微觀機理。測量了CNT纖維在拉伸加載直至損傷斷裂和循環(huán)加載過程中的力學行為，分析了“纖維－束&絲－CNT”各級尺度結構的載荷響應

4、，并在實驗分析的基礎上，建立了可用于表征纖維宏觀力學性能的本構關系式。該研究揭示了影響CNT纖維強韌度力學性能的細微觀機理，為改進CNT宏觀材料的制備工藝、提高其力學性能提供了依據(jù)。測量了三個不同方向載荷作用下CNT薄膜材料各尺度結構的變形響應，提出了薄膜的細觀碳管束粘接基元網格模型，初步探討了薄膜力學性能及破壞方式的各向異性性質。針對多孔硅薄膜材料殘余應力測量中的問題，本文進一步研究了多孔硅材料的拉曼力學測量理論，建立了多孔硅材料的橫