[發(fā)明專利]廣義載荷引起薄膜材料彈性模量變化的應(yīng)力測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710121763.5
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106840473B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 亢一瀾;謝海妹;宋海濱;石寶琴
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01L1/04
• 分類號: G01L1/04;G01N3/06;G01N3/40
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

本發(fā)明提出一種廣義載荷引起薄膜材料彈性模量變化的應(yīng)力測量方法；針對基底?薄膜雙層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在基底材料彈性模量E₁已知且不變的條件下，進(jìn)行薄膜材料彈性模量E₂隨廣義載荷變化的應(yīng)力測量方法；1、基于廣義載荷下的變形曲率，表征廣義載荷作用下隨廣義載荷變化的薄膜材料彈性模量；2、基于變形曲率與得到的薄膜材料的彈性模量，表征考慮廣義載荷引起的薄膜材料彈性模量變化的雙層異質(zhì)結(jié)構(gòu)基底應(yīng)力與薄膜應(yīng)力。將熱應(yīng)力分析推廣到多場耦合的廣義載荷下雙層異質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量中，相比于目前常用的假定薄膜材料彈性模量為常數(shù)的Stoney公式，基底應(yīng)力與薄膜應(yīng)力計(jì)算更精確，為材料的損傷斷裂等分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生-物-電-化-熱-力等多場耦合領(lǐng)域，具體涉及一種多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)中廣義載荷引起薄膜材料彈性模量變化的應(yīng)力測量方法。

背景技術(shù)

目前，基底-薄膜多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)在電子封裝、柔性電子器件與微/納電子機(jī)械等系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，其中薄膜與基底存在材料性能錯配，在生物、物理、電學(xué)、化學(xué)、熱等多場耦合的廣義載荷作用下引起多層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的錯配應(yīng)變與應(yīng)力。不僅用做傳感器的多層結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量必不可少，應(yīng)力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)分層脫粘與斷裂等嚴(yán)重影響器件與系統(tǒng)的使用與壽命，從而精確測量基底-薄膜多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)在多場耦合過程中的應(yīng)力備受關(guān)注。目前常用于基底-薄膜結(jié)構(gòu)的薄膜應(yīng)力測量方法是基于形式簡單的Stoney公式，式中唯一變量-基底曲率可由掃描激光法、光柵發(fā)射法、光杠桿技術(shù)以及多光束光學(xué)傳感技術(shù)等實(shí)驗(yàn)測得，該方法正逐漸應(yīng)用到鋰離子電池電化學(xué)過程中電極材料的應(yīng)力測量與分析中。事實(shí)上廣義載荷作用下尤其是生物、化學(xué)與電化學(xué)，薄膜材料的物理性質(zhì)尤其是彈性模量可能會發(fā)生顯著變化，而Stoney公式在上述應(yīng)用中并未考慮廣義載荷引起的薄膜材料彈性模量的變化，將其設(shè)定為常數(shù)，使得應(yīng)力計(jì)算結(jié)果存在誤差。總之目前可變的彈性模量值并未應(yīng)用到應(yīng)力測量中，因此急需一個考慮薄膜材料彈性模量隨廣義載荷變化的應(yīng)力測量方法，修正目前常用的Stoney公式以更精確計(jì)算基底-薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。

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