基于數(shù)字散斑法的柔性薄膜力學(xué)性能測(cè)試研究.pdf

1、柔性薄膜材料在生物醫(yī)學(xué)和電子工程等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用，然而在實(shí)際應(yīng)用中，柔性薄膜材料經(jīng)常會(huì)因本身界面結(jié)合強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能不足，造成薄膜的斷裂和剝離等失效現(xiàn)象。由于柔性薄膜材料的力學(xué)性能好壞直接關(guān)系到元件的可靠性、穩(wěn)定性及壽命，因此，為了提升柔性薄膜材料元器件的使用性能而研究柔性薄膜材料的力學(xué)性能有著重要的意義。鼓包法是可以測(cè)量柔性薄膜材料彈性模量和界面結(jié)合強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法。數(shù)字散斑的優(yōu)點(diǎn)在于可以不和測(cè)量物體接觸就可以測(cè)出

2、物體的變形，具有精度高，并可以給出視野范圍內(nèi)的全場(chǎng)變形等優(yōu)點(diǎn)。本文將數(shù)字散斑方法和鼓包法結(jié)合起來(lái)，研究了萘鈉處理劑對(duì) PVDF柔性薄膜材料彈性模量的影響，以及硬質(zhì)薄膜/柔性基底結(jié)構(gòu)的界面剪切強(qiáng)度。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)采用數(shù)字散斑方法研究了萘鈉處理劑對(duì)PVDF薄膜力學(xué)性能的影響。在鼓包測(cè)量?jī)x上，安裝固定好實(shí)驗(yàn)薄膜，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)油壓缸將油壓施加在樣品薄膜上使其發(fā)生鼓包變形，利用數(shù)字散斑技術(shù)記錄下變形過(guò)程，根據(jù)相關(guān)公

3、式計(jì)算出PVDF薄膜的彈性模量分布在2.27～2.61 GPa之間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明萘鈉處理劑對(duì)PVDF薄膜的彈性模量并無(wú)顯著影響。
　　(2)采用數(shù)字散斑方法對(duì)銅/聚偏氟乙烯（PVDF）基底柔性層狀復(fù)合薄膜的界面剪切強(qiáng)度進(jìn)行了研究。首先將PVDF薄膜粘結(jié)在有中心孔的鋼制基座上并完全覆蓋中心通油孔，之后將制作好的銅薄膜采用環(huán)氧樹(shù)脂慢干膠粘結(jié)在PVDF薄膜表面，最后將制成的實(shí)驗(yàn)樣品安放在鼓包測(cè)量?jī)x上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在PVDF基底上施加均勻油壓

4、直到層狀結(jié)構(gòu)界面發(fā)生破壞。用這種方法，計(jì)算出的剪切強(qiáng)度穩(wěn)定分布在40.9-53.2 kPa之間。
　　(3)采用Abaqus有限元軟件建立了二維條件下的硬質(zhì)薄膜/柔性基底結(jié)構(gòu)的有限元模型，分析了模型中應(yīng)變分布和發(fā)生破壞時(shí)界面處應(yīng)變變化。計(jì)算結(jié)果表明，由于硬質(zhì)薄膜的阻礙作用，使柔軟基底的水平拉伸變形區(qū)域縮小，并集中于加壓區(qū)域的邊緣。柔性薄膜在剪切面位置發(fā)生了壓縮變形，正是這種壓縮變形和硬質(zhì)薄膜剪切面處的拉伸變形相互作用，使得當(dāng)壓強(qiáng)升