基于原子力显微镜的薄膜涂层界面观测及其变形特性

上海交通大学学报（自然版） ›› 2011, Vol. 45 ›› Issue (10): 1485-1488.

基于原子力显微镜的薄膜涂层界面观测及其变形特性

刘畅，许金泉，孟祥琦，李晨

（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

收稿日期:2010-10-14 出版日期:2011-10-31 发布日期:2011-10-31

Analysis of Interface Macrostructure of Thin Coating Material and Its Related Elastic Mechanical Behavior Based on AFM

LIU Chang, XU Jin-Quan, MENG Xiang-Qi, LI Chen

(School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

Received:2010-10-14 Online:2011-10-31 Published:2011-10-31

摘要/Abstract

摘要： 提出了一种基于原子力显微镜的纳米材料弹性模量的测试方法，并应用原子力显微镜对薄膜涂层材料界面微观结构进行高倍观察，定量分析界面相的存在对界面弹性变形的影响.研究结果表明，实验样品为柔性界面；界面相具有晶界型纳米相的微观分布，该微观结构有助于缓解并阻止裂纹的产生，从而增强了纳米涂层材料的承载能力.从微观尺度上探索了界面相效应对材料弹性变形的影响.

关键词: 原子力显微镜, 薄膜涂层, 界面, 微观结构, 弹性模量

Abstract: An elastic modulus test method of nano-materials was proposed based on atomic force microscopy (AFM). AFM was also used as a tool to observe the interface microstructure of a thin coating material and a quantitative analysis of the elastic deformation was made as a result of the presence of interface phase. The research results show that the sample here has flexible interface. The microstructure distribution of the interface phase is classified as grain-boundary nano-phase, and this kind of microstructure helps to alleviate and prevent cracks, thus increasing the carrying capacity of nano coating materials. The focus is to explore how the interface microstructures influence the coating material elastic deformation.

Key words: atomic force microscope (AFM), thin coating material, interface, microstructure, elastic modulus

中图分类号:

O 346.3

刘畅, 许金泉, 孟祥琦, 李晨. 基于原子力显微镜的薄膜涂层界面观测及其变形特性[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2011, 45(10): 1485-1488.

LIU Chang, XU Jin-Quan, MENG Xiang-Qi, LI Chen. Analysis of Interface Macrostructure of Thin Coating Material and Its Related Elastic Mechanical Behavior Based on AFM[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2011, 45(10): 1485-1488.

参考文献

［1］丁秉钧. 纳米材料［M］. 北京：机械工程出版社, 2004:14.

［2］许金泉. 界面力学［M］. 北京：科学出版社, 2006: 197201.

［3］唐达培,高庆. 薄膜涂层弹性模量的表征与评价研究［J］. 机械科学与技术, 2007, 26(5): 552557.

TANG Dapei, GAO Qing. Characterization and evaluation of elastic modulus of film coatings ［J］. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2007, 26(5): 552557.

［4］徐国财. 纳米科技导论［M］. 上海：高等教育出版社, 2005:141191.

［5］许金泉. 材料强度学［M］. 上海：上海交通大学出版社, 2009: 3034.

［6］张志焜, 崔作林. 纳米技术与纳米材料［M］. 北京：国防工业出版社, 2000: 7477.

［7］Tao N J, Lindsay S M, Lees S. Measuring the microelastic properties of biological material ［J］. Biophysical Journal, 1992, 6(3):11651169.

［8］Weisenhorn A L, Khorsandi M, Kasas S, et al. Deformation and height anomaly of soft surfaces studied with an AFM ［J］. Nanotechnology, 1993, 4(1): 106113.

［9］Radmacher M, Fritz M, Hansma P K. Imaging soft samples with the atomic force microscope: Gelatin in water and propanol ［J］. Biophysical Journal, 1995, 6(2), 264270.

［10］Domke J, Radmacher M. Measuring the elastic prosperities of thin polymer films with the atomic force microscope ［J］. Langmuir, 1998, 14(1): 33203325.

［11］Butt H J, Cappella B, Kappl M. Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications ［J］. Surface Science Reports, 2005, 5(1):1152.

［12］Chang J, Bell J P, Joseph R. Effects of a controlled modulus interlayer on the properties of graphite/ epoxy composite ［J］ . The Society for the Advancement of Material and Process Engineering, 1987, 18(3):3945.

［13］Rhee H W, Bell J P. Effects of reactive and nonreactive fiber coatings on performance of graphite/ epoxy composites［J］. Polymer Composites, 1991, 12 (3) :213 225.

[1]	陈小文, 韩宇栋, 丁小平, 侯东伟. 水泥净浆弹性模量的纳米压痕表征与多尺度计算[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(9): 1199-1207.
[2]	赵洪, 谢友均, 龙广成, 李宁, 张嘉伟, 程智清. 冲击荷载作用下含黏结界面混凝土破坏特征与应力应变分析[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(9): 1208-1217.
[3]	马遵农, 张延松, 赵亦希. 多层箔片超声焊接的摩擦能量耗散机理及影响因素研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(6): 772-783.
[4]	牟凯龙, 赵兰浩, 毛佳. 单层粒子水平集方法[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(8): 949-957.
[5]	刘昶江, 赵兵, 陈务军. 不同温度下的乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜单轴拉伸试验[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(4): 387-393.
[6]	李芹, 杨肖峰, 董威, 杜雁霞. 高超声速飞行器表面吸附特性对多相催化过程影响的数值模拟[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(11): 1352-1361.
[7]	熊杰，袁野平，林颖典. 浸没及非浸没刚性短植被群对异重流运动特性的影响[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(3): 285-294.
[8]	张孟喜, 马原, 邱成春. 加强节点布置方式对双向土工格栅拉拔特性的影响[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(12): 1307-1315.
[9]	李金龙，尤云祥，陈科. 一种几何VOF方法在液舱晃荡流动模拟中的应用[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(8): 943-951.
[10]	于谦，张文光，尹雪乐. 基于定向电沉积的神经电极表面性能[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(11): 1308-1315.
[11]	王可竹, 朱代兴. 铁钻工钻杆作业界面自动判定系统[J]. 海洋工程装备与技术, 2018, 5(6): 405-409.
[12]	王军1，刘莹1,2. 316L不锈钢钝化膜的耐腐蚀性和血液相容性[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(5): 593-598.
[13]	顾新建，于忠奇，宋洋. 工艺参数对高强度钢冷冲压界面温度影响分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(4): 426-.
[14]	尚建丽，熊磊,张浩. 基于界面分子动力学的双壳微纳胶囊热湿传递模拟[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(01): 47-51.
[15]	谢启江，余海东. 硬岩掘进机刀盘载荷与撑靴接触界面刚度的耦合关系[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(09): 1269-1275.