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?yàn)槠湟幌盗袃?yōu)良的性能而使其應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，也獲得了越來越多研究人員的關(guān)注，各國(guó)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?duì)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(gè)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(dú)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(jìn)一步采用酸溶液進(jìn)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(shí)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(shí)，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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，壓入薄膜深度為100nm，測(cè)量納米多孔銅膜力學(xué)性能并進(jìn)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(shí)驗(yàn)測(cè)得納米多孔銅膜的彈性模量和硬度相對(duì)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(duì)于宏觀塊體銅力學(xué)性能有了很大的提升。而且針對(duì)宏觀塊體銅，微觀狀態(tài)納米銅膜，濕潤(rùn)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(duì)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(duì)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(yùn)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(shí)驗(yàn)所得參數(shù)代入ANSYS中，并設(shè)定10個(gè)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(qiáng)度和冪硬化指數(shù)