03-3位于位于水平运动的动齿103-1之上，齿边向下；阻尼弹簧103-4为一折叠梁结构。测微游标103中的动齿103-1左边第一齿相对其下部的第一定齿103-2左边第一齿偏左I Λ，由于定齿的所有齿间距比齿的宽度大I Λ，因此，自左向右，动齿103-1左边第二齿相对其下部的第一定齿103-2左边第二齿偏左2 Δ,以此类推，动齿103-1左边第η个齿相对其下部的第一定齿103-2的左边第η个齿偏左η Λ。动齿103-1的齿相对其上部第二定齿103-3的关系延续了下部关系，即当动齿103-1和第一定齿103-2的最大偏差为m Λ时，动齿103-1左边第一齿相对其上部第二定齿103-3左边第一齿偏左(m+1) Λ。本实施例动齿103-1每边齿数和第一定齿103-2，第二定齿103-3的齿数为10，因此，拉伸量的最大量程为20 Λ。阻尼弹簧103-4的左端与水平运动的动齿103-1相连，右端和锚区103-5相连。
[0022]所述由待测薄膜材料制作的拉伸梁102单元由三根长度相同的细梁即第一水平细梁102-2，第二水平细梁102-3，第三水平细梁102-4、连接梁102-5、第三锚区102-1组成。三根细梁的左端连接在第二锚区102-1上，右端连接在连接梁102-5上。三根细梁从上到下平行排列，自上而下依次为第一水平细梁102-2、第二水平细梁102-3和第三水平细梁
102-4。其中，第一水平细梁102-2和第三水平细梁102-4的宽度相等，第二水平细梁102-3宽度小于第一、二水平细梁。第二水平细梁102-3是用于断裂强度测试用的梁，第一、三水平细梁是用于抗过冲的缓冲梁。第二水平细梁102-3位于轴线上，第一、三水平细梁以轴线为中心，上下对称放置。
[0023]所述热膨胀驱动单元101、带阻尼结构的测微游标103、由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元102之间的连接关系如下:带阻尼结构的测微游标103的动齿103-1左端与热膨胀驱动单元101的竖直宽梁101-5垂直连接，由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元102的连接梁102-5与热膨胀驱动单元101的竖直宽梁101-5叠合连接。热膨胀驱动单元101、带阻尼结构的测微游标103、由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元102的轴线重合。
[0024]工作原理:当通过第一锚区101-1、第二锚区101-2对热膨胀驱动单元101施加逐渐增加的电流时，热膨胀驱动单元101的两根水平长梁即第一水平长梁101-3、第二水平长梁101-4因电热效应而发生热膨胀，并带动测微游标103的动齿103-1向右运动，同时，通过叠合连接在热膨胀驱动单元101竖直宽梁101-5上的拉伸梁单元102的连接梁102-5对第一、二、三水平细梁进行拉伸。由于第二水平细梁102-3最细，因此，当到达某一拉伸量时，其首先断裂。因为第一、三水平细梁的宽度较宽，仍然保持与热驱动部分的连接，和测微游标103的阻尼弹簧103-4—起，共同防止了热驱动部分的过冲。读取第二水平细梁102-3断裂时的测微游标值，并根据第二水平细梁102-3的截面尺寸、长度尺寸和杨氏模量可以计算得到待测薄膜材料的应变值和断裂强度。
[0025]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种薄膜材料断裂强度的测试结构，其特征在于该测试结构由三部分组成:热膨胀驱动单元(101)，由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元(102)，带阻尼结构的测微游标(103); 所述热膨胀驱动单元(101)为一个多晶硅制作的门型结构，包括第一锚区(101-1)、第二锚区(101-2)、第一水平长梁(101-3)、第二水平长梁(101-4)和竖直宽梁(101-5);第一水平长梁(101-3)的左端与锚区(101-1)连接，右端垂直连接到竖直宽梁(101-5)的上端；第二水平长梁(101-4)的左端与锚区(101-2)连接，右端垂直连接到竖直宽梁(101-5)的下端； 所述带阻尼结构的测微游标(103)采用和热膨胀驱动单元(101)相同的多晶硅制作，由水平运动的动齿(103-1)、第一定齿(103-2)、第二定齿(103-3)、阻尼弹簧(103-4)和第四锚区(103-5)组成；其中，水平运动的动齿(103-1)上下两边均匀分布若干齿，所有齿的宽度和齿的间距相等；第一定齿(103-2)和第二定齿(103-3)则为固定不动的单边齿结构，第一定齿(103-2)、第二定齿(103-3)的齿宽与动齿(103-1)的齿宽相同，第一定齿(103-2)、第二定齿(103-3)的齿间距比齿的宽度大I Λ，Λ是游标尺的分辨率；第一定齿(103-2)位于水平运动的动齿(103-1)之下，齿边向上，第二定齿(103-3)位于水平运动的动齿(103-1)之上，齿边向下；阻尼弹簧(103-4)为一折叠梁结构，测微游标(103)中的动齿(103-1)左边第一齿相对其下部的第一定齿(103-2)左边第一齿偏左I Λ，动齿(103-1)自左向右的第二齿相对其下部的第一定齿(103-2)自左向右的第二齿偏左2 Λ，以此类推，动齿(103-1)自左向右的第η个齿相对其下部的第一定齿(103-2)自左向右的第η个齿偏左η Λ ;动齿(103-1)的齿相对其上部第二定齿(103-3)的关系延续了下部关系，即当动齿(103-1)和第一定齿(103-2)的最右一个齿的偏差为mΛ时，动齿(103-1)左边第一齿相对其上部第二定齿(103-3)左边第一齿偏左(m+1) Δ ;阻尼弹簧(103-4)的左端与水平运动的动齿(103-1)相连，右端和第四锚区(103-5)相连； 所述由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元(102)由三根长度相同的细梁即第一细梁(102-2)、第二细梁(102-3)、第三细梁(102-4)与连接梁(102-5)、第三锚区(102-1)组成；所述三根细梁从上到下平行排列，左端连接在第三锚区(102-1)上，右端连接在连接梁(102-5)上；其中，第一水平细梁(102-2)和第三水平细梁(102-4)的宽度相等，第二水平细梁(102-3)宽度小于第一水平细梁(102-2)和第三水平细梁(102-4);第二水平细梁(102-3)是用于断裂强度测试用的梁，第一水平细梁(102-2)和第三水平细梁(102-4)是用于抗过冲的缓冲梁；第二水平细梁(102-3)中心线位于所述测试结构的中轴线上，第一水平细梁(102-2)和第三水平细梁(102-4)以轴线为中心，上下对称放置； 带阻尼结构的测微游标(103)的动齿(103-1)左端与热膨胀驱动单元(101)的竖直宽梁(101-5)垂直连接，由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元(102)的连接梁(102-5)与热膨胀驱动单元(101)的竖直宽梁(101-5)叠合连接；热膨胀驱动单元(101)、带阻尼结构的测微游标(103)的水平运动的动齿(103-1)、由待测薄膜材料制作的拉伸梁单元(102)的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的薄膜材料断裂强度的测试结构，其特征在于所述的第二水平细梁(102-3)断裂时，第一水平细梁(102-2)和第三水平细梁(102-4)和测微游标(103)的阻尼弹簧(103-4) —起，共同防止了热驱动部分的过冲所导致的拉伸量测不准的问题。
【专利摘要】本发明提出了一种薄膜材料断裂强度的测试结构，可以用于导电薄膜材料和绝缘薄膜材料的断裂强度测试。本发明将力的加载驱动部分和由待测薄膜材料制作的断裂强度测试结构分层，并通过结合区进行叠层连接。通过游标结构测量拉伸的长度。为防止测试结构被拉断时无法测量实际的拉伸长度，采用了平行缓冲梁和阻尼弹簧防止出现过冲。本发明的测试结构、测量方法和参数提取的方法极其简单，可以用于导体/绝缘体等多种薄膜材料的断裂强度的测试。
【IPC分类】G01N3-08
【公开号】CN104568586
【申请号】CN201510010385
【发明人】李伟华, 王雷, 张璐, 周再发
【申请人】东南大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月8日