[发明专利]高通量膜材料力学测试装置及方法

说明书

本发明涉及高一种通量膜材料力学测试装置及方法。本装置包括电子散斑干涉离面位移测量系统、密封舱体、气压泵和高灵敏度气压传感器，高通量膜材料测试试样安装在密封舱体的开口处，形成完全密封的密闭舱体，气压泵用来控制舱体内的气压P，通过高灵敏度气压传感器记录并反馈舱体内的实时压力；试验时将电子散斑干涉离面位移测量系统和密封舱体固定在光学隔震台上，并让密封舱体上的试样表面位于电子散斑干涉离面位移测量系统的视场范围内。本方法通过根据均布压力、膜中心点离面位移和其它力学参数之间的函数关系，可分别推导出多个薄膜材料各自的弹性模量等力学参数，从而实现通过一次力学实验，获得多种薄膜材料力学参数的目的。

技术领域

本发明涉及一种高通量膜材料力学测试装置及方法，属于光力学检测领域。

背景技术

2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布启动一项价值超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”(Advanced Manufacturing Partnership，AMP)计划，呼吁美国政府、高校及企业之间应加强合作，以强化美国制造业领先地位，而“材料基因组计划”(Materials GenomeInitiative，MGI)是AMP计划中的重要组成部分。近些年来，国内外高通量材料制备与表征平台技术取得了较快发展，并被证明可有效地加速材料的研发应用进程，因此被列为材料基因组计划的三大技术要素之一。在大力发展高通量材料制备技术的同时，需要高通量的测试技术与之匹配，高通量实验工具也是材料基因组计划中的另一个重大技术要素。目前常用的高通量实验工具都存在测试效率低的缺点，这就急需探索一种新的高通量测试技术，同时兼顾效率和测试精度，从而有效促进材料基因组计划的实施。

光学干涉技术是一种典型的光测力学方法，例如，散斑干涉、云纹干涉和剪切散斑干涉等技术，已成为变形场测量的重要方法。它们基于光学干涉的原理，具有很高的灵敏度，可以测量受力物体表面的位移和位移导数。同时由于它具有全场测量、光路简单、调节方便、对环境要求低等特点，因此被广泛用于各类精密测量中。其中散斑干涉离面位移测量系统可精确测量被测物体的离面变形，测量精度达到纳米级。相移法的引入提高了测量精度以及结果的信噪比，而基于实时相移技术的散斑干涉离面位移测量技术可实时测量被测物体的离面变形情况，具有测量效率高、精度佳等优点。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种新的高通量力学表征实验方法——高通量膜材料力学测试装置及方法。该发明可以用于在物理(温度)、化学(腐蚀)条件下对多种膜材料力学性能的表征，还可用于对多种膜材料疲劳力学性能的表征。采用的具体技术发明方案如下：

一种高通量膜材料力学测试装置，包括电子散斑干涉离面位移测量系统、密封舱体、气压泵和高灵敏度气压传感器，其特征在于：高通量膜材料测试试样安装在密封舱体的开口处，形成完全密封的密闭舱体，气压泵用来控制舱体内的气压，通过高灵敏度气压传感器记录并反馈舱体内的实时压力；试验时将电子散斑干涉离面位移测量系统和密封舱体固定在光学隔震台上，并让密封舱体上的试样表面位于电子散斑干涉离面位移测量系统的视场范围内。

所述电子散斑干涉离面位移测量系统包括计算机、CCD面阵相机、压电陶瓷、参考面、分光镜、反射镜、激光器；激光器发出的激光经反射镜进入半反半透的分光镜，CCD相机获取被测物体——试样表面的散斑干涉图像，将数字图像输入到计算机后，可实现自动化的面内位移和离面位移实时测量。

所述密封舱体是一个一边开口舱体，开口处用以安装高通量膜材料基板——试样，该基板与舱体共同形成一个完全密封的密封舱体。

所述气压泵通过充气精确控制密封舱体内的压力值，使得各种膜材料试样承受相同的均布压力，密封舱体内部通过高灵敏度气压传感器实时精确测量和记录舱内的气压值。

一种高通量膜材料力学测试方法，采用根据上述的高通量膜材料力学测试装置进行操作，其特征在于操作步骤如下：

1)制备高通量膜材料的测试试样；