本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦組裝體物理性能測量及表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,以“納米結(jié)構(gòu)”為組裝單元的集合體引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。對組裝體材料力學(xué)、電學(xué)特性的研究,不僅有助于揭示其尺寸-性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián),而且對微納傳感器及機電器件的發(fā)展有著重要意義。至今為止,人們對納米材料的性能做了大量的研究,但是鮮有人對組裝體材料的性能進行研究。此外,二氧化鈦作為一種半導(dǎo)體材料,被廣泛的應(yīng)用于電路元器件、傳感器的探針等領(lǐng)域。因此對二氧化鈦組裝體力學(xué)和電學(xué)性能的研究就顯得格外的重要。本論文首次提出將納米微操縱儀、顯微鏡、電學(xué)測試儀三種測量平臺相結(jié)合,并采用多種測量模型,探索出對一維組裝體材料力學(xué)和電學(xué)性能測量的方法,同時實現(xiàn)了對二氧化鈦組裝體的力學(xué)、電學(xué)性能的快速準確測量。主要內(nèi)容及測試結(jié)果歸納如下:1.四探針法測量二氧化鈦直線組裝體的電阻率。本文詳細地描述了四探針法測量二氧化鈦組裝體電阻率的過程,并測得10組二氧化鈦組裝體的電阻率的平均值為=1.16Ω?m,標準差為σ=0.219Ω?m。標準差較小,表明測量結(jié)果準確。為了探究樣品尺寸與其電阻率之間的關(guān)系,我們對測得的電阻率與樣品尺寸進行分析,發(fā)現(xiàn)直徑在13.4μm-75μm,且長度在166-458μm范圍的二氧化鈦直線組裝體,其電阻率與其尺寸無關(guān),與電阻率是材料的固有屬性這一結(jié)論相符合。2.彎曲法測量二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量。本文通過懸臂梁彎曲法對10組二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量進行測試,測得楊氏模量的平均值E=4.32 MPa,標準差σ=0.248MPa。為了驗證懸臂梁彎曲法測得的數(shù)據(jù)可靠,我們利用三點彎曲法對10組二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量進行測試,測得楊氏模量的平均值E=4.87 MPa,標準差σ=0.328 MPa。通過對比兩種測量模型下獲得的楊氏模量值,我們發(fā)現(xiàn)兩種模型下測得的二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量相近,表明測量結(jié)果準確,且懸臂梁模型和三點彎曲模型適用于二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量測量。與此同時,為了研究測得的楊氏模量與樣品尺寸之間的關(guān)系,我們還對兩種模型下測得的楊氏模量值與樣品尺寸的關(guān)系進行分析,發(fā)現(xiàn)測得的楊氏模量與樣品的尺寸無關(guān),與楊氏模量是材料的固有屬性這一定義相符。3.拉伸法測量二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)。本文詳細描述了拉伸法測量二氧化鈦螺旋組裝體彈性系數(shù)的過程,為了探究彈性系數(shù)與被測樣品尺寸的關(guān)系,我們利用MM3A測試系統(tǒng)測量了10組二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)。我們通過研究測得的彈性系數(shù)與樣品尺寸之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)長徑比在10-60范圍內(nèi),二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)隨著其長徑比的增大而減小。為驗證這一規(guī)律,我們利用FT-RS1000三維移動平臺對10組不同的二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)進行測量,并分析其尺寸與彈性系數(shù)之間的關(guān)系。最終得出長徑比在15-50范圍內(nèi),隨著長徑比的增大,二氧化鈦螺旋-組裝體的彈性系數(shù)會減小。本論文利用四探針法測量出二氧化鈦直線組裝體的電阻率,并通過分析測得的電阻率與樣品尺寸的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)二氧化鈦直線組裝體得電阻率沒有尺寸依賴性,符合電阻率是材料固有屬性這一定律。此外利用彎曲法測量出二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量,并通過分析所測楊氏模量與樣品尺寸的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)二氧化鈦直線組裝體楊氏模量沒有尺寸依賴性。最后,通過拉伸法測得20組二氧化鈦螺旋組裝體彈性系數(shù),通過研究彈性系數(shù)與樣品尺寸的關(guān)系,得出長徑比在15-50范圍內(nèi),彈性系數(shù)為0.52-0.98N/m,并隨著長徑比的增大,二氧化鈦螺旋-組裝體的彈性系數(shù)會減小的結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦組裝體 納米操縱 楊氏模量 電阻率 彈性系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ134.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 組裝體材料研究的背景12-13
• 1.2 一維材料力學(xué)和電學(xué)測試的方法及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 電學(xué)性能測量方法14-17
• 1.3.1 單臂電橋法14-15
• 1.3.2 伏安法測電阻15-16
• 1.3.3 四探針法16
• 1.3.4 三種電學(xué)性能測量方法比較16-17
• 1.4 力學(xué)性能測量方法17-23
• 1.4.1 拉伸法17
• 1.4.2 諧振法17-18
• 1.4.3 彎曲法18-23
• 1.4.3.1 三點彎曲法18-21
• 1.4.3.2 懸臂梁彎曲法21-23
• 1.4.4 三種力學(xué)測試方法對比23
• 1.5 一維納米材料力學(xué)和電學(xué)性能研究的面臨的技術(shù)問題23-24
• 1.6 本文的主要內(nèi)容以及創(chuàng)新點24-25
• 1.6.1 本文的創(chuàng)新點24
• 1.6.2 本文的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 二氧化鈦直線組裝體電阻率測量25-35
• 2.1 引言25-26
• 2.2 測試樣品制備流程26-27
• 2.3 電阻率測量及模型分析27-31
• 2.3.1 測量模型分析27-29
• 2.3.2 電阻率測量29-31
• 2.4 電阻率測量結(jié)果31-34
• 2.4.1 I-V曲線擬合及分析32-33
• 2.4.2 尺寸對電阻率的影響33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 二氧化鈦直線組裝體楊氏模量測量35-54
• 3.1 引言35-36
• 3.2 FT-RS1000微納操縱系統(tǒng)36-37
• 3.3 樣品的制備流程37-38
• 3.4 懸臂梁模型下測量二氧化鈦直線組裝體楊氏模量38-45
• 3.4.1 懸臂梁模型分析38-40
• 3.4.2 懸臂梁彎曲法測試結(jié)果40-41
• 3.4.3 F-d曲線擬合分析41-43
• 3.4.4 樣品幾何形狀對楊氏模量的影響43-45
• 3.5 三點彎曲法測量二氧化鈦組裝體楊氏模量45-52
• 3.5.1 三點彎曲法模型分析和測量方法45-47
• 3.5.2 三點彎曲法實驗結(jié)果47-48
• 3.5.3 origin處理實驗數(shù)據(jù)48-50
• 3.5.4 樣品尺寸對楊氏模量的影響50-52
• 3.6 兩種測量方法實驗結(jié)果比較52
• 3.7 本章小結(jié)52-54
• 第四章 二氧化鈦螺旋組裝體的彈性模量測量54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 測試樣品的制備55-56
• 4.3 測試方法及原理56-57
• 4.4 MM3A測試系統(tǒng)下的彈性系數(shù)測量57-62
• 4.4.1 測量過程57
• 4.4.2 測量結(jié)果處理57-59
• 4.4.3 Origin軟件對F-d曲線的線性擬合59-61
• 4.4.5 尺寸對彈性系數(shù)的影響61-62
• 4.5 基于的彈性系數(shù)測量分析62-65
• 4.5.1 FT-RS1000平臺下彈性系數(shù)測量62-63
• 4.5.2 測量數(shù)據(jù)處理63-64
• 4.5.3 樣品形貌尺寸與測得的彈性系數(shù)的關(guān)系64-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論與展望66-68
• 5.1 結(jié)論66-67
• 5.2 今后工作展望67-68
• 參考文獻68-73
• 碩士期間的研究成果73-74
• 致謝74

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