納米尺度層狀有機-無機復合薄膜的力學行為.pdf

1、貝殼尤其是貝殼中的珍珠層因具有極其優(yōu)異的力學性能而備受關注。研究表明其優(yōu)異的力學性能源于其獨特的“磚泥結構”。為了模擬或復制珍珠層獨特的結構，本研究制備了PE/TiO2納米復合多層薄膜，并研究了其力學行為。實驗采用層層自組裝(LBL)和化學浴沉積法(CBD)，在取向為(100)的單晶硅基底上制備了PE/TiO2納米復合多層薄膜，并對PE/TiO2納米復合多層膜的沉積工藝進行了系統(tǒng)的研究。采用3D激光共聚焦掃描顯微鏡(LSCM)、掃描電子

2、顯微鏡(SEM)、透射及其高分辨透射電子顯微鏡(TEM/HRTEM)等對納米多層膜的形貌、成分、微結構進行了系統(tǒng)的表征和分析。采用顯微硬度計、納米壓痕儀以及簡支梁彎曲裝置研究了納米多層膜力學性能。
　　本研究主要內容包括：⑴采用LBL和CBD方法成功地在單晶硅基體上制備了PE/TiO2納米復合多層膜，多層膜為相互疊加的層狀結構，此種有機/無機層層疊加的結構對裂紋擴展起到阻礙作用。⑵TEM和HRTEM觀察表明，有機聚電解PAH/PS

3、S的循環(huán)次數(shù)為兩次時，在有機/無機層間可以獲得礦物質橋;裂紋在有機層與無機層交界處發(fā)生偏轉;無機層由非晶TiO2和部分納米晶TiO2組成，納米晶TiO2晶粒尺寸約為5nm。⑶不同無機/有機(TiO2/PE)厚度比的納米復合多層膜的硬度、彈性模量以及斷裂韌性測試結果表明，隨無機/有機厚度比的增加，復合薄膜的硬度和彈性模量表現(xiàn)為增大趨勢，而復合薄膜的斷裂韌性具有減小的趨勢。⑷采用彎曲法測量了有機層循環(huán)為PEI/PSS/(PAH/PSS)3四