[发明专利]一种低误差准确测量单个纳米材料杨氏模量的方法

说明书

本发明公开了一种低误差准确测量单个纳米材料杨氏模量的方法，通过透射电子显微镜测量待测单个线形纳米材料样品的特征尺寸；将待测单个线形纳米材料样品固定在样品夹持装置中两个相对设置的放电电极中的一个电极上；对样品夹持装置上的两个放电电极施加交变电信号使样品产生振动，改变交变电信号的频率，同时利用透射电子显微镜对待测单个线形纳米材料样品的振动状态进行监测，通过寻找其出现最大振幅时所作用交变电信号的频率，即共振频率，以确定该样品的本征固有频率；最后利用已知函数计算获得杨氏模量Y；尽可能的消毒测量过程中的系统误差和人为误差，提高实际测量的精度。

技术领域

本发明涉及杨氏模量测量技术领域，具体为一种低误差准确测量单个纳米材料杨氏模量的方法。

背景技术

现有技术通常采用拉伸方法，根据材料应力-应变关系式△σ＝YΔε，其中Y为杨氏模量，Δσ为应力，Δε为应变，通过测量Δσ和Δε，得出材料的杨氏模量Y。由于这种拉伸方法只能用于测量宏观或宏量样品的杨氏模量，而对于单个线形纳米材料的杨氏模量则需要寻找其他的测量方法。

而在现有的技术方案中，微观上的测量也是通过人工进行观察，这样处理处理的误差较大，对于最终获得精度难以保证。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种低误差准确测量单个纳米材料杨氏模量的方法，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低误差准确测量单个纳米材料杨氏模量的方法，包括如下步骤：

步骤100、利用透射电子显微镜测量待测单个线形纳米材料样品的特征尺寸；

步骤200、将待测单个线形纳米材料样品固定在样品夹持装置上，该样品夹持装置具有两个相对设置的放电电极，待测单个线形纳米材料样品活动设在两个放电电极之间；

步骤300、对样品夹持装置上的两个放电电极施加不同电压的交变电信号，并且由小至大改变交变电信号的频率，同时通过透射电子显微镜对待测单个线形纳米材料样品在交变电信号作用下的振动状态进行检测，逐次获得共振频率f，并换算出固有频率f₀；

步骤400、将测取的待测单个线形纳米材料样品的特征尺寸及其对应的固有频率代入已知函数f₀＝F(Y，S，ρ)中，其中f₀为材料的固有频率，S代表材料的特征尺寸，ρ为材料的密度，以获得待测单个线形纳米材料样品杨氏模量Y。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，在待测单个线形纳米材料样品上设置有锁定套环，所述锁定套环与放电电极固定连接，所述锁定套环在待测单个线形纳米材料样品上以等间距Δx移动，进行逐次的测量，并且将移动的距离x与所测得的共振频率对应记录。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤S300中，固有频率的具体换算步骤为：

步骤301、以固定点的位置x为横坐标，并以相对应的共振频率为纵坐标作出关系曲线；

步骤302、求曲线最低点所对应的频率即为待测单个线形纳米材料样品的共振频率；

步骤303、根据换算公式，将共振频率换算为待测单个线形纳米材料样品的固有频率，换算公式为：

其中，Q为试样的机械品质因数。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，共振频率的具体采集方法为：在样品夹持装置两侧分别固定安装有干涉光发射装置和光敏接收电阻，所述待测单个线形纳米材料样品设在干涉光发射装置和光敏接收电阻之间，其中待测单个线形纳米材料样品的震荡方向与干涉光线所在平面垂直，所述光敏接收电阻通过显示器显示光照强度的曲线图，进而确定光照强度最弱时即为共振频率。