近年来, 分相玻璃以其独特的结构以及优异的物理化学性质引起了广泛关注。本研究结合气动雾化加料和机械搅拌, 采用熔融冷却法制备了纳米SiO2-Na2O高硅玻璃颗粒增强的P2O5-Al2O3玻璃。通过改变复合持续时间, 研究了玻璃的结构与力学性能之间的关系。结果表明, 异相复合玻璃的杨氏模量高于P2O5-Al2O3玻璃, 并且随着复合持续时间由10 s增大到8 min, 玻璃的杨氏模量呈现先升高后降低的趋势, 在复合持续时间为6 min时, 杨氏模量达到最大值80.7 GPa。相比于P2O5-Al2O3玻璃, 杨氏模量提高了18%。引入SiO2-Na2O高硅玻璃颗粒不仅能够在基体玻璃中形成第二相, 而且会改变P2O5-Al2O3玻璃的结构。随着复合持续时间由10 s增大到6 min, 异相复合玻璃网络中磷的配位数逐渐增大, 并且玻璃网络中的非桥氧数量逐渐减少, 网络交联度逐渐增加。而复合持续时间超过8 min, 则不利于网络交联度的增加。异相复合玻璃的开发为耐损伤玻璃材料的制备提供了新的思路。
异相复合玻璃 P2O5-Al2O3玻璃 杨氏模量 复合持续时间 heterogeneous composite glass P2O5-Al2O3 glass Young's modulus recombination time
1 南京工业职业技术大学 航空工程学院, 江苏 南京 210023
2 南京大学 声学研究所, 近代声学教育部重点实验室, 江苏 南京 210093
3 东南大学成贤学院 基础部物理实验室, 江苏 南京 210088
该文介绍了一种基于空气耦合超声技术的材料杨氏模量评估方法。首先采用1-3型压电复合材料及双层匹配结构, 研制了高灵敏度的空气耦合超声换能器。在一发一收模式下, 该空气耦合超声换能器的插入损耗和-6 dB带宽分别为-23.9 dB和26.9%。其次搭建实验平台, 将空气耦合超声技术与静态拉伸法结合, 以评估铜线和银线杨氏模量。铜线和银线杨氏模量评估结果与对应的公认值范围一致。
空气耦合超声 杨氏模量 双匹配层 插入损耗 静态拉伸法 air-coupled ultrasonic Young’s modulus double-layer matching structure insertion loss static tensile method
1 北方工业大学 信息学院, 北京 100144
2 达卡工程与技术大学, 加济布尔 1700, 孟加拉国
研究了具有甲基末端和碳桥结构的多孔有机硅酸盐玻璃(OSG)薄膜的化学组成、孔结构和力学性能。对薄膜进行不同的固化处理, 形成稳定的多孔薄膜结构。结果表明, 在空气环境中固化时, 由于氧气的存在, 碳桥形成硅醇的过氧化物自由基被破坏, 薄膜的机械性能降低。尽管氮气固化样品中保留了乙烯桥接基团, 空气固化样品的力学性能仍优于氮气固化样品。原因是空气固化中微孔的坍塌增加了薄膜内部密度, 为硅醇基团的缩合创造了更有利的条件。
低介电常数薄膜 孔隙率 孔结构 杨氏模量 low dielectric constant film porosity pore structure Young’s modulus
为保证在一定工艺波动范围内显示的稳定性, 新品开发时通常会评价显示屏液晶安全范围（LC Margin）。其中, 柱状隔垫物（PS）特性对LC Margin的影响尤为显著, 因此本文针对PS特性的影响因素进行了相关研究。分析了环境温度与PS材料杨氏模量的关系, 探究了PS杨氏模量随温度的变化规律, 研究了工艺制程温度对PS弹性回复率的影响。最后, 探究了相同PS规格的显示屏在不同盒厚下的弹性回复速率。实验结果表明: 环境温度升高时, PS材料的杨氏模量随之降低; 而当工艺制程温度升高时, PS的弹性回复率会略微增加, 且PS的弹性回复速率会随着盒厚升高而变快。
液晶安全范围 盒厚 弹性回复率 杨氏模量 LC margin cell gap elastic recovery ratio Young’s modulus
1 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
2 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
3 成都精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
4 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
5 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
利用离子辅助电子束双源共蒸发工艺方法, 制备了SiO2掺杂含量分别为0、13%、20%、30%、40%和100%的六组HfO2-SiO2混合膜。采用纳米压痕法测量了不同组分混合膜的杨氏模量和硬度, 并研究了混合膜杨氏模量和硬度随SiO2含量增长的变化规律。结果显示, 随着SiO2含量增加, 混合膜杨氏模量和硬度均减小, 双组分复合材料并联模型可以较好地拟合杨氏模量随混合膜SiO2含量变化关系。为了解释混合膜力学性能随SiO2含量变化规律, 对混合膜进行了XRD测试, 研究了混合膜微观结构与杨氏模量和硬度的关系, 发现结晶对硬度影响显著, 对杨氏模量影响较小; 用Zygo干涉仪测量了样品的面形, 获得了薄膜残余应力随SiO2含量的变化规律, 表明SiO2掺杂能减小HfO2薄膜压应力。
混合膜 杨氏模量 硬度 应力 纳米压痕 mixed films Young′s modulus hardness stress nanoindentation 红外与激光工程
2018, 47(9): 0921001
昆明理工大学 理学院 物理系, 昆明 650500
利用彩色数字全息系统获得哑铃形试件表面的三维形变场.通过试件线性区域的三维形变场计算得到的TC4钛合金材料的杨氏模量为90.79 GPa, 同时, 使用应变仪测量出该材料杨氏模量为99.05 GPa.实验结果与传统应变仪检测结果接近, 表明彩色数字全息测量材料杨氏模量的方法有效可行.该方法具有实时记录、全视场、非接触等特点, 可以适应高温环境下材料服役过程中的实时检测.
彩色数字全息 三维形变场 杨氏模量 高温环境 信息光学 Color digital holography 3D deformation field Young′s modulus High temperature environment Information optics
在理想理论模型中引入了包含残余应力的等效弹性常数, 建立了二氧化硅的半无限大残余应力理论计算模型。研究了残余应力对激光激发超声表面波检测二氧化硅体材料杨氏模量的影响, 并提出了误差判断依据。结果表明, 当二氧化硅体材料的残余压应力小于900 MPa时, 相对误差小于5%, 残余应力的影响可以忽略; 当残余压应力大于900 MPa时, 相对误差大于5%, 此时应考虑残余应力的影响。
测量 无损检测 残余应力 激光激发超声表面波技术 杨氏模量 二氧化硅体材料 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 121202
广西师范大学物理与科学技术学院, 广西 桂林 541004
提出基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器和三点弯曲测试法测量金属梁杨氏模量的新方法。将FBG 粘贴在待测金属梁上，采用三点弯曲测试法对待测金属梁进行负荷，推导出了一个具有普适性的，可以测量任意片状刚性固体材料的杨氏模量的公式，利用该公式分别对铁梁和铜梁的杨氏模量测量进行了实验研究。结果表明，采用FBG 传感器测得的结果与标称值的误差分别为0.5%和0.6%，并且FBG 的反射中心波长与负荷具有良好的线性关系。另外，FBG 粘贴位置对测量结果影响不大。该方法在刚性固体材料杨氏模量的测量中有着潜在的应用前景。A
光纤光学 光纤布拉格光栅 杨氏模量 三点弯曲测试法 金属梁 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 040604
微小转角的精密测量在工程应用中具有重要的意义。为了更精确地测量微小角度, 采用一种数字全息、干涉计量2次曝光法和图像处理测量微小转角的方法, 进行了理论分析和实验验证, 利用该方法测量了钢丝的杨氏模量, 取得了误差仅为1.1%的数据。结果表明, 此方法精度高、可操作性强, 具有广泛的实际应用价值。这一结果对今后设计更完善的测角仪是有帮助的。
全息 微小转角测量 干涉计量 杨氏模量 holography mini-rotating-angle measurement interferometry Young’s modulus
上海交通大学 微纳科学技术研究院 薄膜与微细加工技术教育部重点实验室 微米/纳米加工国家重点实验室，上海 200240
为了对微米尺度薄膜材料的力学性能进行测试，开发了一套成本较低的单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试系统。首先，根据有限元模拟优化设计测试样片，使其能够易于夹持、准确对中，以利于应力和应变的测量。接着采用三维非硅UV-LIGA微加工技术制备了Ni薄膜样片。根据单轴拉伸测试过程和硬件构成，以Visual Basic为平台编译了一套数据采集与分析系统。最后，应用该测试系统完成对电镀Ni薄膜材料性能的测试。实验结果表明，该系统能够精确测试试样应变，精度达到0.01 μm，拉伸力精度达到mN级。得到的电镀Ni薄膜材料的杨氏模量约为94.5 GPa,抗拉强度约为1.76 GPa。该系统基本满足微米尺度材料单轴微拉伸力学性能测试的需要。
材料力学测试 微机电系统 单轴微拉伸 有限元模拟 杨氏模量 镍 material mechanical test Micro-electronic-Mechanical system uniaxial tensile test Finish Element Method(FEM) UV-LIGA UV-LIGA Young’s modulus nickel
