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。

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。

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。

A novel Young’s modulus measurement scheme based on fiber Bragg gratings (FBG) is proposed and demonstrated experimentally. In our method, a universal formula relating the Bragg wavelength shift to Young’s modulus is derived and metal wires are loaded strain by using the static stretching method. The Young’s modulus of copper wires, aluminum wires, nickel wires, and tungsten wires are separately measured. Experimental results show that the FBG sensor exhibits high measurement accuracy, and the measurement errors relative to the nominal value is less than 1.0%. The feasibility of the FBG test method is confirmed by comparing it with the traditional charge coupled device (CCD) imaging method. The proposed method could find the potential application in the material selection, especially in the field that the size of metal wires is very small and the strain gauges cannot be qualified.

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。

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.

通常金属试件表面零厚度光栅在800～1 000 ℃下就发生氧化和低固溶点金属的溢出, 导致试件表面的光栅被完全覆盖, 无法继续测量。本文通过特殊的物理方法处理, 使试件表面光栅重新显现, 从而获得1 200 ℃下清晰的干涉条纹, 成功测试该温度下单晶材料的弹性模量和泊松比。

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

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。

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。