纳米尺度薄膜破坏机理的实验研究

采用离子溅射技术，制作两类典型的薄膜/基底试样。利用X射线衍射测量薄膜中的残余应力分布、薄膜的弹性模量和泊松比。针对原子力显微镜AFM存在的像素点飘移、灰度波动、扫描时间长等缺陷，将概率最相似理论和小波分析引入到图像处理中，避开灰度运算，直接分析随机信息和频率信息。开发适用于AFM图像的应变分析技术。在外加应力和残余应力的作用下，在纳米尺度上，研究薄膜的力学性能及微结构的变化。解决大视场内的裂纹搜索和小视场内单裂纹的跟踪。确定单裂纹纹尖场的应变分布，进行群裂纹的统计信息分析。在压应力场和残余应力场作用下，定量地测定屈曲扩展前沿的应变场和薄膜屈曲部分的三维形貌及演化过程。定量分析残余应力、晶粒尺寸、微观组织、薄膜厚度、材料常数等与材料破坏形式之间的关系。对薄膜断裂过程和薄膜屈曲过程进行有限元模拟。该项研究将进一步揭示薄膜断裂和屈曲的形成及演化机理。为构造新的薄膜断裂和屈曲损伤模型提供参考。