二氧化鈦組裝體物理性能測(cè)量及表征.pdf

1、近年來(lái)，以“納米結(jié)構(gòu)”為組裝單元的集合體引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。對(duì)組裝體材料力學(xué)、電學(xué)特性的研究，不僅有助于揭示其尺寸－性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，而且對(duì)微納傳感器及機(jī)電器件的發(fā)展有著重要意義。至今為止，人們對(duì)納米材料的性能做了大量的研究，但是鮮有人對(duì)組裝體材料的性能進(jìn)行研究。此外，二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N半導(dǎo)體材料，被廣泛的應(yīng)用于電路元器件、傳感器的探針等領(lǐng)域。因此對(duì)二氧化鈦組裝體力學(xué)和電學(xué)性能的研究就顯得格外的重要。
　　本論文首次提出將納米微操縱

2、儀、顯微鏡、電學(xué)測(cè)試儀三種測(cè)量平臺(tái)相結(jié)合，并采用多種測(cè)量模型，探索出對(duì)一維組裝體材料力學(xué)和電學(xué)性能測(cè)量的方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化鈦組裝體的力學(xué)、電學(xué)性能的快速準(zhǔn)確測(cè)量。主要內(nèi)容及測(cè)試結(jié)果歸納如下：
　　1.四探針?lè)y(cè)量二氧化鈦直線組裝體的電阻率。本文詳細(xì)地描述了四探針?lè)y(cè)量二氧化鈦組裝體電阻率的過(guò)程，并測(cè)得10組二氧化鈦組裝體的電阻率的平均值為=1.16Ω/m，標(biāo)準(zhǔn)差為σ=0.219Ω/m。標(biāo)準(zhǔn)差較小，表明測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。為了探究樣

3、品尺寸與其電阻率之間的關(guān)系，我們對(duì)測(cè)得的電阻率與樣品尺寸進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)直徑在13.4μm-75μm，且長(zhǎng)度在166-458μm范圍的二氧化鈦直線組裝體，其電阻率與其尺寸無(wú)關(guān)，與電阻率是材料的固有屬性這一結(jié)論相符合。
　　2.彎曲法測(cè)量二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量。本文通過(guò)懸臂梁彎曲法對(duì)10組二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得楊氏模量的平均值E=4.32 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.248 MPa。為了驗(yàn)證懸臂梁彎曲法測(cè)得的數(shù)據(jù)可

4、靠，我們利用三點(diǎn)彎曲法對(duì)10組二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得楊氏模量的平均值E=4.87 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.328 MPa。通過(guò)對(duì)比兩種測(cè)量模型下獲得的楊氏模量值，我們發(fā)現(xiàn)兩種模型下測(cè)得的二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量相近，表明測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，且懸臂梁模型和三點(diǎn)彎曲模型適用于二氧化鈦直線組裝體的楊氏模量測(cè)量。與此同時(shí)，為了研究測(cè)得的楊氏模量與樣品尺寸之間的關(guān)系，我們還對(duì)兩種模型下測(cè)得的楊氏模量值與樣品尺寸的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)

5、測(cè)得的楊氏模量與樣品的尺寸無(wú)關(guān)，與楊氏模量是材料的固有屬性這一定義相符。
　　3.拉伸法測(cè)量二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)。本文詳細(xì)描述了拉伸法測(cè)量二氧化鈦螺旋組裝體彈性系數(shù)的過(guò)程，為了探究彈性系數(shù)與被測(cè)樣品尺寸的關(guān)系，我們利用MM3A測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量了10組二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)。我們通過(guò)研究測(cè)得的彈性系數(shù)與樣品尺寸之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)徑比在10-60范圍內(nèi)，二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)隨著其長(zhǎng)徑比的增大而減小。為驗(yàn)證這一規(guī)律，我

6、們利用FT-RS1000三維移動(dòng)平臺(tái)對(duì)10組不同的二氧化鈦螺旋組裝體的彈性系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并分析其尺寸與彈性系數(shù)之間的關(guān)系。最終得出長(zhǎng)徑比在15-50范圍內(nèi)，隨著長(zhǎng)徑比的增大，二氧化鈦螺旋-組裝體的彈性系數(shù)會(huì)減小。
　　本論文利用四探針?lè)y(cè)量出二氧化鈦直線組裝體的電阻率，并通過(guò)分析測(cè)得的電阻率與樣品尺寸的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二氧化鈦直線組裝體得電阻率沒(méi)有尺寸依賴性，符合電阻率是材料固有屬性這一定律。此外利用彎曲法測(cè)量出二氧化鈦直線組裝體的楊氏