[发明专利]一种测量硬薄膜与软基底界面断裂韧性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量硬薄膜与软基底界面断裂韧性的方法，属于工程材料、结构形变及力学实验设备技术领域。

背景技术

柔性电子可以避免传统电子产品硬、脆的特点，近来受到了学术界和工业界的广泛关注，其中无机柔性电子(硬薄膜-软基底结构)兼具无机半导体优良的电化学性能和塑性基底优良的柔韧性能，更是关注的重点。对于柔性电子结构，在使用过程中不可避免的需要承受反复的拉伸、弯曲等变形。此时，电子器件与基底界面可能出现脱粘、滑移等现象，而且这种界面的失效往往先于材料本身的破坏，因此有必要研究柔性电子结构的界面性能和破坏机理。

目前，有一些测量界面断裂韧性的标准实验方法。双悬臂梁(DCB)实验和端部载荷劈裂(ENF)实验分别适用于纯I型裂纹和纯II型裂纹，三点弯实验、四点弯实验一般用来测量均匀金属材料的混合型断裂韧性，Brazil-nut用来进行脆性材料的混合型断裂实验。然而，对于无机柔性电子，一般具有硬薄膜-软基底结构。传统的测试方法将导致软基底很大的变形，相应的非线性行为大大降低了测试的精度。因此，亟待开发测量无机柔性电子界面断裂韧性的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量硬薄膜与软基底界面断裂韧性的方法，对柔性电子结构设计具有指导意义，避免柔性结构因变形过渡而失效。该方法特别适用于硬薄膜-软基底的结构，操作简单、方便。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种测量硬薄膜与软基底界面断裂韧性的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将贴有硬薄膜的软基底水平放置在平板上，固定软基底的A端，同时允许B端在水平方向的移动，记录软基底的原长L；

2)对软基底的B端施加水平方向的压力，使软基底发生向上偏转的屈曲，并实时观察硬薄膜与软基底的界面直至界面脱粘或者滑移现象出现为止，记录此时软基底在水平方向的压缩量dL；

根据格里菲斯能量准则，断裂韧性可以由能量释放率表征，利用下列公式求得硬薄膜与软基底的界面出现脱粘失效和滑移失效的临界能量释放率分别为：

其中，为软基底单位厚度所受的轴力，为软基底中心处的挠度，h_f和h_s分别为硬薄膜和软基底的厚度，E′_f和E′_s分别为硬薄膜和软基底的平面应变模量，下标“f”和“s”分别表示硬薄膜和软基底，η＝h_f/h_s，t＝E′_f/E′_s，∑＝Δ₂/Δ₃，