[发明专利]广义载荷引起薄膜材料弹性模量变化的应力测量方法

说明书

本发明提出一种广义载荷引起薄膜材料弹性模量变化的应力测量方法；针对基底‑薄膜双层异质结构，在基底材料弹性模量E₁已知且不变的条件下，进行薄膜材料弹性模量E₂随广义载荷变化的应力测量方法；1、基于广义载荷下的变形曲率，表征广义载荷作用下随广义载荷变化的薄膜材料弹性模量；2、基于变形曲率与得到的薄膜材料的弹性模量，表征考虑广义载荷引起的薄膜材料弹性模量变化的双层异质结构基底应力与薄膜应力。将热应力分析推广到多场耦合的广义载荷下双层异质结构应力测量中，相比于目前常用的假定薄膜材料弹性模量为常数的Stoney公式，基底应力与薄膜应力计算更精确，为材料的损伤断裂等分析以及结构优化设计提供参考依据。

技术领域

本发明属于生-物-电-化-热-力等多场耦合领域，具体涉及一种多层异质结构中广义载荷引起薄膜材料弹性模量变化的应力测量方法。

背景技术

目前，基底-薄膜多层异质结构在电子封装、柔性电子器件与微/纳电子机械等系统中得以广泛应用，其中薄膜与基底存在材料性能错配，在生物、物理、电学、化学、热等多场耦合的广义载荷作用下引起多层结构产生不协调的错配应变与应力。不仅用做传感器的多层结构应力测量必不可少，应力导致的结构分层脱粘与断裂等严重影响器件与系统的使用与寿命，从而精确测量基底-薄膜多层异质结构在多场耦合过程中的应力备受关注。目前常用于基底-薄膜结构的薄膜应力测量方法是基于形式简单的Stoney公式，式中唯一变量-基底曲率可由扫描激光法、光栅发射法、光杠杆技术以及多光束光学传感技术等实验测得，该方法正逐渐应用到锂离子电池电化学过程中电极材料的应力测量与分析中。事实上广义载荷作用下尤其是生物、化学与电化学，薄膜材料的物理性质尤其是弹性模量可能会发生显著变化，而Stoney公式在上述应用中并未考虑广义载荷引起的薄膜材料弹性模量的变化，将其设定为常数，使得应力计算结果存在误差。总之目前可变的弹性模量值并未应用到应力测量中，因此急需一个考虑薄膜材料弹性模量随广义载荷变化的应力测量方法，修正目前常用的Stoney公式以更精确计算基底-薄膜结构的应力。

参考文献：

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