采用低维纳米材料对平面变形进行非接触测量的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用低维纳米材料对平面变形进行非接触测量的方法。具体步骤包括：材料准备；系统准备；参数标定；拉曼测量；数据处理。将低维纳米材料作为传感介质，基于标定获取材料的应变传感关键参数，通过偏振显微拉曼仪器直接测量微米尺度测点的各个应变分量，或微区域内各个平面应变分量的全场分布。与目前相关技术相比，没有引入具体的低维纳米材料的拉曼偏振敏感性函数，而是从广义角度给出通用的关系式，其中包括可通过标定测出的纯敏系数来代表纳米材料偏振选择特征，从而完全脱离了对传感介质材料纯度的依赖性，使得该方法具备了广谱性和易用性。可用于微尺度力学行为的实验研究、MEMS微器件力学性能的测试等多个领域的相关应用场合。
【专利说明】采用低维纳米材料对平面变形进行非接触测量的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工程力学测试技术，具体涉及一种以光谱学方式对平面微尺度变形量及其分布规律进行测量的方法。
【背景技术】 [0002]对材料微观尺度进行力学性能的测量是目前材料工程领域研究的热点或需求点，特别是对毫米以下尺度的微小器件变形量的测量，要求其分辨率高于毫米尺度时，存在诸多技术问题。例如:对电阻应变片进行测量，电阻应变贴片至少在几毫米以上，并且该测量属于有线的接触式单点测量；经典的光测力学技术主要是对较大的变形场进行测量，但是其分辨率难以达到微米水平。在显微测量方面，以原子力显微镜、扫描电镜、透射电镜、纳米压痕仪等为代表的显微检测仪器，可实现纳米至微米尺度级的形貌观测，但对于被测物体因受力或者环境载荷所导致的变形、特别是各应变分量分布的定量检测，上述仪器则显得无能为力。在各种光谱类技术中，显微拉曼技术可实现拉曼活性材料的微区应变测量，但不能直接适用于非拉曼活性材料。目前采用碳纳米管作为传感介质对平面变形测量的装置与方法，由于其理论模型的局限性，对于传感介质纯度的依赖性极强，只有使用纯度很高的单壁碳纳米管才具有基本符合其理论模型要求的条件。否则不能满足其测量置信度和较高的传感效率，并且测量成本高、适用性窄、重复性不易保证。目前虽然已经开发了多种不同类型的具有拉曼活性和应变敏感性的低维纳米材料，但与碳纳米管作为传感介质相类似的是，这些材料作为传感介质同样存在因制备水平低，导致材料纯度难以符合理论模型(即传感介质纯度依赖性)的问题。
【发明内容】
[0003]鉴于此，本发明的目的是:提出一种以拉曼光谱技术为测量手段、采用低维纳米材料对平面变形进行非接触测量的方法。
[0004]本发明所述的测量方法，包括以下5个步骤:
[0005]( I)试样准备:
[0006]对被测试样表面进行抛光处理和净化处理。将作为传感介质的低维纳米材料，组装、或者吸附、或者杂交、或者复合、或者薄膜贴片的方式随机均匀附着在被测试样表面，并使其与被测物体具有一定的界面强度。
[0007](2)系统准备:将表面附着低维纳米材料的被测试样置于偏振显微拉曼系统的样品台上，显微镜聚焦到被测试样表面。设置偏振显微拉曼系统的各项参数:激光波长与功率、拉曼采样时长和累加次数、拉曼光谱取谱方式与曲谱范围。 [0008](3)参数标定:对于同一批制备的低维纳米材料，在给定并已知其应变状态εχ、4和Yxy下，采用偏振显微拉曼系统测量α、β两个不同偏振方向下的频移信息，利用以下联立方程组求解获得Ψ和。
【权利要求】
1.采用低维纳米材料对平面变形进行非接触测量的方法，其特征是所述方法包括以下五个步骤: (1)试样准备: 对被测试样表面进行抛光处理和净化处理，将作为传感介质的低维纳米材料，通过组装、或者吸附、或者杂交、或者复合、或者薄膜贴片的方式随机均匀附着在被测试样表面，并使其与被测物体具有一定的界面强度； (2)系统准备:将表面附着低维纳米材料的被测试样置于偏振显微拉曼系统的样品台上，显微镜聚焦到被测试样表面，设置偏振显微拉曼系统的各项参数:激光波长与功率、拉曼采样时长和累加次数、拉曼光谱取谱方式与曲谱范围； (3)参数标定:对于同一批制备的低维纳米材料，在给定并已知其应变状态εχ、^和Y χy下，采用偏振显微拉曼系统测量α、β两个不同偏振方向下的频移信息，利用以下联立方程组求解获得Ψ和r，
2.按照权利要求1所述的采用低维纳米材料对平面变形进行非接触测量的方法，其特征是:所述低维纳米材料是由一种或几种具有拉曼活性和应变敏感性的纳米球、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米片材料组成。
【文档编号】G01N3/06GK103743620SQ201310746355
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】仇微, 亢一澜, 富东慧 申请人:天津大学