納米多孔銅膜的制備和力學(xué)性能研究.pdf

1、近三十年來，隨著納米科技的日趨展開，納米材料因為其一系列優(yōu)良的性能而使其應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，也獲得了越來越多研究人員的關(guān)注，各國研究人員都在繼續(xù)為了發(fā)掘納米材料更加優(yōu)良的性能而努力，這些優(yōu)良的性能都離不開表面效應(yīng)的影響。然而至今為止，納米材料相關(guān)的研究仍然有很大的空間值得我們?nèi)ヌ剿?。本文針對納米多孔銅薄膜的制備方法和力學(xué)性能做出研究，主要內(nèi)容分為以下三個方面。
　　首先，分析討論了如何制備納米多孔銅膜的問題。一般鍍膜方式主要采用電化

2、學(xué)沉積法、蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射法中的單獨濺射法等，且主要研究金銀合金。本文采用磁控濺射法中的共濺射法制備出1μm厚的比例為2：8的Cu-Zn前驅(qū)體合金，進一步采用酸溶液進行脫合金腐蝕，去除掉活性較高的Zn，從而得到納米多孔銅膜。磁控濺射鍍膜可通過調(diào)整電流，電壓，時間等參數(shù)獲得特定比例的合金薄膜，腐蝕過程必須無菌操作。研究發(fā)現(xiàn)Cu-Zn合金鍍膜以硅片為基底更容易得到理想的薄膜，合金脫合金腐蝕過程中，硫酸的濃度較低時，且采用滴定腐蝕的方式，更

3、容易得到表征良好的薄膜。
　　其次，用納米壓痕儀采用壓入法進行實驗，壓入薄膜深度為100nm，測量納米多孔銅膜力學(xué)性能并進行研究。一般關(guān)于納米材料的研究主要是關(guān)于其導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性、催化性等性能的研究，本文主要研究力學(xué)性能。實驗測得納米多孔銅膜的彈性模量和硬度相對于宏觀塊體銅彈性模量和硬度分別提升了一倍和九倍。所以，納米多孔銅膜相對于宏觀塊體銅力學(xué)性能有了很大的提升。而且針對宏觀塊體銅，微觀狀態(tài)納米銅膜，濕潤狀態(tài)納米多孔銅膜，干燥狀

4、態(tài)納米多孔銅膜，分別畫出荷載-位移曲線，通過對比直觀發(fā)現(xiàn)，彈性模量和硬度呈現(xiàn)梯度增加，而且多孔結(jié)構(gòu)薄膜彳目對與無孔結(jié)構(gòu)薄膜彈性的性能也有了很大提升，由此可見，薄膜孔洞結(jié)構(gòu)有助于提高彈性。
　　最后，運用量綱分析法得到適用于薄膜/硅片的冪硬化本構(gòu)模型，結(jié)合ANSYS仿真模擬納米壓痕壓入過程，將實驗所得參數(shù)代入ANSYS中，并設(shè)定10個荷載步來模擬壓入過程，提取每一步的荷載值代入本構(gòu)模型，最終求解得到納米多孔銅膜的屈服強度和冪硬化指數(shù)