本文關(guān)鍵詞：拉曼光譜力學(xué)實驗中的精細(xì)測量理論與外光路系統(tǒng)

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【摘要】：顯微拉曼光譜技術(shù)因其高空間分辨率、無損非接觸、對本征應(yīng)力敏感等優(yōu)點,成了微尺度實驗力學(xué)測量的有效手段。有關(guān)基于拉曼光譜的實驗力學(xué)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究,國內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列的成果,但對于力學(xué)精細(xì)測量與精準(zhǔn)表征還存在若干關(guān)鍵的局限和瓶頸。在表征理論方面,對復(fù)雜結(jié)構(gòu)、材料的測量中往往沿用表面或者簡單晶向的拉曼-力學(xué)關(guān)系,導(dǎo)致得到的應(yīng)力/應(yīng)變結(jié)果不準(zhǔn)確甚至謬誤;在儀器裝備方面,現(xiàn)有的商用拉曼光譜儀系統(tǒng)均沒有或欠缺加載夾持裝置及相關(guān)擴(kuò)展能力,難以滿足精密控制載荷下的力學(xué)分析要求。針對這些問題,本文建立了任意晶面的拉曼力學(xué)模型,并設(shè)計、研制了獨(dú)立的顯微拉曼外光路系統(tǒng)。首先,本文分別從廣義胡克定律、頻移-應(yīng)變關(guān)系以及拉曼選擇定則三個方面,建立了單晶硅任意晶面的拉曼-力學(xué)模型。以(100)、(110)和(111)三個常用典型晶向為例,對公式的應(yīng)用過程進(jìn)行了展示,給出了常見的應(yīng)力狀態(tài)各晶向拉曼測量所對應(yīng)的拉曼-應(yīng)力關(guān)系,從而為半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)在應(yīng)力狀態(tài)下的光譜力學(xué)精準(zhǔn)測量提供了充分的理論依據(jù)。利用該拉曼-力學(xué)模型,本文以鍺硅合金應(yīng)變硅材料為研究對象,針對該多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力問題開展了精細(xì)拉曼實驗測量,得到了該多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)橫截面殘余應(yīng)力沿深度方向的分布。本文設(shè)計并研制了獨(dú)立的顯微拉曼外光路系統(tǒng)并將其與Ranishaw InVia Reflex商用的顯微共焦偏振拉曼光譜系統(tǒng)、微型加載系統(tǒng)成功耦合在一起。該系統(tǒng)的觀察光路可以進(jìn)行白光照明,顯微觀察樣品的全貌,以及樣品的測量區(qū)域選擇等,其功能等同于一個完整的光學(xué)顯微鏡。激光光路利用同軸光路并通過光纖耦合,實現(xiàn)拉曼信號的激發(fā)和收集功能。利用該耦合系統(tǒng),開展了芳綸纖維的拉伸實驗,得到了該材料應(yīng)力-頻移曲線。實驗結(jié)果顯示,使用外光路系統(tǒng)得到的結(jié)果與商用拉曼光譜系統(tǒng)吻合,從而表明利用本文所研發(fā)的外光路系統(tǒng)能夠有效地拓展顯微拉曼光譜力學(xué)測量的應(yīng)用范圍,實現(xiàn)復(fù)雜載荷環(huán)境下的精細(xì)力學(xué)測量。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.37;TH744.1

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本文編號：1189401