测直径10纳米的纳米线拉伸力学性能实验

单晶硅纳米力学性能的测试

　　　　　　　　　OpticsandPrecisionEngineering　　　　　　　

2009年7月　　　Jul.2009

文章编号　10042924X(2009)0721602207

第17卷　第7期

　光学精密工程

Vol.17　No.7

单晶硅纳米力学性能的测试

赵宏伟1,杨柏豪2,赵宏健3,黄　虎1

(1.吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130022;2.北京航天计量测试技术研究所力学室,北京100076;

3.浙江大学材料与化学工程学院,浙江杭州310027)

摘要:对材料纳米力学性能测试手段进行了研究,着重分析了纳米压痕技术的原理和方法。结合纳米压痕技术,采用尖端四面体Vickers型单晶金刚石压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕实验测试。实验发现,在载荷为1000mN时,晶体硅出现了明显的裂纹和脆性断裂;而在载荷低于80mN的情况下,晶体硅则表现出延性特性,在不同载荷条件下对晶体硅的硬度进行了实验测试,测试结果发现,,认为导致这种差异的原因在于压痕区域晶体硅所受压力不同,,为15.7GPa。

关　键　词:单晶硅薄片;纳米力学;纳米压痕;硬度;中图分类号:TN304.07　　文献标识码propertiesofsin

哈尔滨学院本科毕业论文（设计）

题目： 环氧树脂-碳纳米管的力学性能研究

院（系） 专 业 年 级 姓 名 指导教师

2011年 6 月 13 日

理学院 化学 2007级

钱志英

学 号

07052110 教授

吴晓宏 职 称

目 录

摘 要 ........................................................................................................................................... 1 Abstract ........................................................................................................................................... 2 第一章 绪 论 ........................................................................................

专业实验（1）

八：金属材料拉伸实验讲义

一、 金属拉伸实验目的

金属力学性能是承受外载荷而不发生失效的能力，力学性能的判据是表征和判定金属力学性能所用的指标和依据，而其高低表征材料抵抗外力作用的能力水平，是评定金属测量质量的重要依据。金属拉伸实验是金属材料力学性能测试中最重要的方法之一。通过拉伸实验，可以测定材料的强度和弹性、塑性参数，为材料评价和选材提供了依据。同时熟练掌握电子万能材料实验机的使用和操作，帮助进一步理解金属材料的强度及弹性塑性性能参数的含义及测试方法。

二、 预习要求

要求学生实验前，认真阅读实验讲义以及相关参考资料，认真撰写预习报告。预习报告不合格的学生不允许参与实验。

三、 实验所需仪器设备

万能材料试验机

四、 金属拉伸试验原理

单向拉伸试验是研究材料机械性能最基本、应用最广泛的试验。由于试验方法简单且易于得到较可靠的试验数据，一般工厂中都广泛利用其试验结果来检验材料的机械性能。试验提供的弹性模量、屈服强度、断裂强度、断裂总伸长率和断面收缩率等指标是评定材质和进行强度和刚度计算的重要依据。金属材料出厂时一般都要提供上述指标以供使用和参考。

进行单向拉伸试验时，外力必须通过试样轴线以确保材料处于单向应力状态。一般试验机

纳米线场效应管

一． 什么叫纳米线

在纳米尺度下，物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响。由纳米颗粒组成的纳米材料具有以下传统材料所不具备的特殊性能： （1）表面效应 （2） 小尺寸效应 （3） 量子尺寸效应

（4） 宏观量子隧道效应

纳米材料按维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内（均小于100nm）；一维的纳米线、纳米棒和纳米管，它们在空间有二维处于纳米尺度；二维的纳米薄膜，纳米涂层和超晶格等，它们在空间有一维处于纳米尺度。

近年来，一维的纳米材料如纳米管，纳米线已成为纳米科学研究的热点，一维纳米材料的奇异物理、化学特性和在构建纳米级电子和光电子器件方面的巨大应用潜力推动了纳米线(管)的生长和特性研究。纳米材料的量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应吲和界面效应使其具有一系列优异的电、磁、光、力学和化学等宏观效应，使材料在电学、机械、化学和光学方面出现了独特的性能。目前世界各国都将此方面的研究列为重点发展项目。我国也很重视此方面的研究。我国著名科学家钱学森在1991年就曾预言“纳米左右和纳米以下\研究领域处于国际领先地位。

近年来，随着集成电路加工技术的不断发展，

大连理工大学实验报告

学院（系）：材料科学与工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级：材0701 姓 名： 学号： 组： ___

指导教师签字： 成绩：

实验一 金属拉伸实验

Metal Tensile Test

一、

实验目的 Experiment Objective

1、掌握金属拉伸性能指标屈服点ζS，抗拉强度ζb，延伸率δ和断面收缩率φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度ζ

0.2的测定方法。

3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。

二、

实验概述 Experiment Summary

金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属

蒸汽冷凝法制备纳米微粒

摘要：本文简述了冷凝法制备纳米颗粒铜的原理，方法，同时介绍了实验中的一些主要

步骤，并对结果做了一些讨论分析，给出了不同压力下颗粒大小和色泽的解释。

关键字： 纳米颗粒 铜 蒸汽冷凝法

引言：20世纪80年代末以来，一项令世人瞩目的纳米科学技术正在迅速发展。纳米科技

将在21世纪促使许多产业领域发生革命性变化。关注纳米技术并尽快投入到与纳米科技有关的研究，是本世纪许多科技工作者的历史使命。

在物理学发展的历史上，人类对宏观领域和微观领域已经进行了长期的、不断深入的研究。然而介于宏观和微观之间的所谓介观领域，却是一块长期以来未引起人们足够重视的领域。这一领域的特征是以相干量子输运现象为主,包括团簇、纳米体系和亚微米体系，尺寸范围约为1~1000nm。

但习惯上人们将100~1000nm范围内有关现象的研究，特别是电输运现象的研究领域称为介观领域。因而1~100nm的范围就特指为纳米尺度，在此尺度范围的研究领域称为纳米体系。纳米科技正是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性的科学技术。经过近十几年的急速发展，纳米科技已经形成纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米力学和纳米加工学等学科领

纳米材料的磁光性能

磁光效应

磁光效应就是指极化光与磁性物质交互作用后所产生的一种效应。它分为Faraday效应和Kerr效应。1846年，Faraday发现在玻璃样品上加上磁场时，透射光的极化面发生旋转，这就是Faraday效应。如图1(a)所示，红色表示加在物质上的磁场或磁化作用，黄线表示极化光，极化光通过被磁化的物质后产生Faraday效应。注意，所加磁场的方向与光束行进的方向平行。1877年Kerr在观察极化光束从磁性物质反射后，光束的极化以及强度有了改变，这就是磁光科尔效应(magneto-ptical Kerr effect, MOKE)。如图1(b)所示。

图 1

随着铁磁物质磁化强度矢量M的方向相对于材料的表面和人射光束的人射平面的取向，MOKE实际上分为3种效应:纵向MOKE、极性MOKE(Polar MOKE)和横向MOKE。可以用图形清晰地分别表示如下。

纵向MOKE是由于磁化强度矢量处于材料的表面内并平行于入射平面，如图2(a)所示。通常用s极化和P极化分别表示垂直和平行于入射平面光的极化。纵向MOKE简单，其人射光束或者只在s平面或者只在P平面极化， 因此其反射光就转变为椭圆极化光。椭圆的主轴常常围绕着主平面有些微的

.

（1）、掌握金属力学性的基本概念。

（2）、了解各力学性能的衡量指标。

理解力学性能的基本概念。 金属材料与热处理

10中职（3）班、（四）班 2011-02-28至03-4

4

陈健

§2-2 金属的力学性能

对拉伸曲线各阶段分析。

挂图

习题册P5，填空题1-15和P6的判断题

金属力学的五大指标：

强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。

讲授、提问引导、图片展示、举例分析、

.

§2-2金属的力学性能；

各种机械零件或工具在使用过程中都要受到各种形式外力的作用。如弯矩、扭力的作用。这就要求金属材料必须具有一定的承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力说是金属材料力学性能。 用金属材料力学性能指标来衡量：

有五大指标：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。

一、强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或

断裂的能力，称为强度，强度的大小用应力表示。多以抗拉强度作为判别强度高低的指标。

拉伸试验过程的四个特殊阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。

强度指标：

a.弹性极限：Re=Fe/So b.屈服强度：Rs=Fs/So

试样产生屈服现象时所

弹簧钢丝和弹性合金丝(上)

东北特殊钢集团大连钢丝制品公司 徐效谦

弹性材料是机械和仪表制造业广泛采用的制作各种零件和元件的基础材料，它在各类机械和仪表中的主要作用有：通过变形来吸收振动和冲击能量，缓和机械或零部件的震动和冲击；利用自身形变时所储存的能量来控制机械或零部件的运动；实现介质隔离、密封、软轴连接等功能。还可以利用弹性材料的弹性、耐蚀性、导磁、导电性等物理特性，制成仪器、仪表元件，将压力、张力、温度等物理量转换成位移量，以便对这些物理量进行测量或控制。 1 弹性材料的分类 1.1 按化学成分分类

弹性材料可分为：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、铁基弹性合金、镍基弹性合金、钴基弹性合金等。 1.2 按使用特性分类

根据弹性材料使用特性，可作如下分类： 1.2.1 通用弹簧钢

(1)形变强化弹簧钢：碳素弹簧钢丝。 (2)马氏体强化弹簧钢：油淬火回火钢丝。 (3)综合强化弹簧钢：沉淀硬化不锈钢丝 1.2.2 弹性合金 (1)耐蚀高弹性合金 (2)高温高弹性合金 (3)恒弹性合金

(4)具有特殊机械性能、物理性能的弹性合金 2 弹簧钢和弹性合金的主要性能指标 2.1 弹性模量

钢丝在拉力作用下产生变形，当拉力不超过一定值时

王丽 复旦大学

材料基本力学性能试验—拉伸和弯曲

一、 实验原理

拉伸实验原理

拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉 至断裂为止，通过记录的力——位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。

对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图 1 所示，

图 1 金属试样拉伸示意图

则样品中的应力为

其中A 为样品横截面的面积。应变定义为

其中△l 是试样拉伸变形的长度。

典型的金属拉伸实验曲线见图 2 所示。

王丽 复旦大学

图3 金属拉伸的四个阶段

典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图 3(a)-(d)所示。直线部分的斜率E 就是杨氏模量、σs 点是屈服点。金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩 现象，接着产生强化后最终断裂。 弯曲实验原理

可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实 验结果测定材料弯曲力学性能。为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。

三点弯曲的示意图如图 4 所示。

王丽 复旦大学

图4 三点弯曲试验示意图

据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C 点的总挠度和力F 之间的关系是

?

其中I 为试样截面的惯性矩，E 为杨氏模量。?

弯曲弹性模量的测定

将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施