數(shù)字散斑相關(guān)方法及微-納米尺度熱力學(xué)測(cè)試研究.pdf

1、本文對(duì)實(shí)驗(yàn)力學(xué)中的新技術(shù)--數(shù)字散斑相關(guān)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,提出了圓形窗口與矩特征序列相結(jié)合的數(shù)字散斑相關(guān)方法.因圓形窗口與矩特征序列均具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性,并且矩特征序列與所屬圖像能夠滿足一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,因此該方法用矩特征序列作為圖像相關(guān)性比較的依據(jù).該方法克服了多數(shù)相關(guān)理論和搜索方式都具有的不適合于大轉(zhuǎn)角變形測(cè)量的缺點(diǎn),在樣品既有平動(dòng)又有較大轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下也能夠精確地測(cè)定樣品的位移與變形. 本文詳細(xì)地分析了該方法的可靠性

2、、算法穩(wěn)定性及圖像的灰度分布、圖像中用于計(jì)算的表面紋理或斑點(diǎn)尺寸大小和搜索子區(qū)的選擇等對(duì)相關(guān)計(jì)算精度的影響. 在此基礎(chǔ)上,本文應(yīng)用該方法測(cè)定了遠(yuǎn)紅外陶瓷基底及附著在其上的半導(dǎo)體電熱膜的熱膨脹系數(shù),得到了陶瓷基底及電熱膜的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的曲線,并測(cè)定了Sn-Ag金屬間化合物的熱膨脹系數(shù).和其它測(cè)定熱脹系數(shù)的方法相比較,數(shù)字散斑相關(guān)方法可以測(cè)定薄膜材料、微觀尺度材料在不同溫度區(qū)間的熱脹系數(shù). 為了實(shí)現(xiàn)變溫條件下的微、納

3、米尺度原位觀測(cè),本文在本原CSPM-930掃描探針顯微鏡的STM的基礎(chǔ)上研制了變溫樣品臺(tái),可以在樣品升溫到110℃的情況下進(jìn)行原位掃描.并討論了掃描隧道顯微鏡(STM)中熱樣品和探針之間的傳熱方式,從微尺度傳熱學(xué)的角度出發(fā),用Boltzmann理論來描述熱流通過空氣層由被測(cè)樣品表面?zhèn)鬏數(shù)教结樶樇獾臒醾鲗?dǎo)問題,當(dāng)時(shí)間尺度在弛豫時(shí)間量級(jí)而長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于局域熱力學(xué)平衡下的特征尺寸時(shí),其熱傳導(dǎo)問題可以用雙曲型熱傳導(dǎo)方程來表達(dá).樣品溫度升高對(duì)隧道電流

4、的影響也被作為專題詳加討論,得到在一定溫度范圍內(nèi),隧道電流隨溫度增加的變化趨勢(shì),分析了探針上的熱量傳遞方式并得到了探針上溫度分布的解析解. 焊料中的錫與銅、銀、金等金屬所產(chǎn)生的金屬間化合物對(duì)作為電子組件的金屬的熱疲勞性能能夠產(chǎn)生重大影響.本文通過涂覆錫銀無鉛焊料的銀箔在-80℃～75℃的交變溫度環(huán)境下的低周疲勞斷裂實(shí)驗(yàn),從力學(xué)和材料兩個(gè)方面分析了覆錫銀箔在Ag3Sn金屬間化合物的影響下的疲勞斷裂機(jī)理,認(rèn)為:一方面,焊料與銀箔的交

5、界面上的Ag<,3>Sn金屬間化合物提高了焊料與銀箔之間的潤(rùn)濕性能并最終保證了焊料與銀箔較高強(qiáng)度的機(jī)械連接；另一方面,由于Ag<,3>Sn是高強(qiáng)度的脆性材料,與錫、銀存在著機(jī)械性能與熱性能的不匹配,在Ag<,3>Sn與錫、銀的界面上出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象,易萌生疲勞裂紋,隨著熱載荷循環(huán)周次的增加,多條疲勞裂紋與Ag<,3>Sn中的微孔相互連接并最終導(dǎo)致覆錫銀箔的斷裂.根據(jù)對(duì)焊料與銀箔間裂紋擴(kuò)展所進(jìn)行的有限元模擬解釋了Sn-Ag金屬間化合物對(duì)