微拉曼光譜技術(shù)在納米材料力學(xué)性能研究中的應(yīng)用.pdf

1、微拉曼光譜技術(shù)微拉曼光譜技術(shù)在納米材料力學(xué)性能研究中的應(yīng)用在納米材料力學(xué)性能研究中的應(yīng)用ApplicationofMicroRamanSpectroscopyinStudyonMechanicalPropertiesofNanomaterials一級(jí)學(xué)科：力學(xué)學(xué)科專業(yè)：固體力學(xué)研究生：李秋指導(dǎo)教師：亢一瀾教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一一年五月I摘要微納領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，迫切需要開展微納米力學(xué)測(cè)試新技術(shù)以及多尺度相關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)力學(xué)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(xué)測(cè)試手段應(yīng)用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，在測(cè)量基礎(chǔ)理論與分析方法方面還有很多工作有待于開展。本文針對(duì)碳納米管（CNT）材料力學(xué)性能的多尺度實(shí)驗(yàn)分析與拉曼測(cè)試技術(shù)，以及多孔硅材料的拉曼應(yīng)力測(cè)量理論與應(yīng)用展開了研究。本文首先將宏觀力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)、顯微形貌觀測(cè)、微光譜探測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建了一個(gè)多尺度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了CNT復(fù)合材料力學(xué)行為的多尺度實(shí)驗(yàn)研究。其中，微觀上通過微拉曼光譜，探測(cè)材料晶格結(jié)構(gòu)的

3、力學(xué)響應(yīng)，細(xì)觀上通過掃描電鏡觀測(cè)材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變形，宏觀上測(cè)量材料的應(yīng)力和應(yīng)變，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)通過同步在線的測(cè)量方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的CNT復(fù)合材料力學(xué)性能的精細(xì)實(shí)驗(yàn)研究。本文利用上述多尺度實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，研究了CNT纖維和薄膜材料的力學(xué)性能及其細(xì)微觀機(jī)理。測(cè)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(xué)行為，分析了“纖維－束&絲－CNT”各級(jí)尺度結(jié)構(gòu)的載荷響應(yīng)

4、，并在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，建立了可用于表征纖維宏觀力學(xué)性能的本構(gòu)關(guān)系式。該研究揭示了影響CNT纖維強(qiáng)韌度力學(xué)性能的細(xì)微觀機(jī)理，為改進(jìn)CNT宏觀材料的制備工藝、提高其力學(xué)性能提供了依據(jù)。測(cè)量了三個(gè)不同方向載荷作用下CNT薄膜材料各尺度結(jié)構(gòu)的變形響應(yīng)，提出了薄膜的細(xì)觀碳管束粘接基元網(wǎng)格模型，初步探討了薄膜力學(xué)性能及破壞方式的各向異性性質(zhì)。針對(duì)多孔硅薄膜材料殘余應(yīng)力測(cè)量中的問題，本文進(jìn)一步研究了多孔硅材料的拉曼力學(xué)測(cè)量理論，建立了多孔硅材料的橫