(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210539374.5 (22)申请日 2022.05.17 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市长春高新技术 产业开发区前进大街269 9号 (72)发明人 王赵鑫　赵宏伟　王顺博　李聪　 宗翔宇　 (74)专利代理 机构 吉林省中玖专利代理有限公 司 22219 专利代理师 姜姗姗 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/46(2006.01) (54)发明名称 超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法及获 取系统 (57)摘要 本发明提供一种超薄纳米薄膜材料力学特 征获取方法及获取系统， 首先对已知薄膜厚度的 纳米薄膜材料进行不同压入深度的压痕试验， 保 证最大压入深度大于薄膜厚度， 构建纳米薄膜压 透工况， 并提取相应的膜 ‑基系统折合模量； 根据 膜‑基系统折合模量与最大压入深度的关系， 利 用公式拟合计算出纳米薄膜和基底材料的弹性 模量； 本发 明突破现有针对超薄纳米 薄膜难以满 足经典的10％临界压入深度准则的技术局限性， 解决现有超薄纳米 薄膜测试难度大、 精度低且对 纳米压痕测试仪 器有较高要求 等问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115165527 A 2022.10.11 CN 115165527 A 1.一种超薄纳米薄膜材 料力学特征获取方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 判断待测膜 ‑基系统中的纳米薄膜是否符合纳米压痕测试要求； 所述的纳米薄 膜厚度t已知； 步骤二、 对符合测试要 求的待测膜 ‑基系统开展 n次不同最大压入载荷Pi的压痕测试， 最 大压入深度hi>厚度t， 得到 压入载荷 ‑深度曲线； 步骤三、 根据所述的压入荷载 ‑深度曲线通过Oliver ‑Pharr模型提取不 同最大压入载 荷Pi的膜‑基系统折 合模量Eri； 步骤四、 根据所述的折合模量Eri、 最大压入深度hi和厚度t通过式(1)拟合计算待测膜 ‑ 基系统中的纳米薄膜的弹性模量Ef和基底的弹性模量Es； 式(1)中： χ为修正因子， 其利用临界压入深度下基底效应贡献程度所确定； i＝1,2, 3,……,n。 2.如权利要求1所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法， 其特征在于， 式(1) 中所述的修 正因子 χ通过如下 方式计算得到： 当hi→t时， 则Eri＝ χEf， 根据式(2)计算得到所述的修 正因子 χ； 式中： Gr为膜‑基系统的折合剪切模量， Gs为基底的剪切模量， Gf为待测纳米薄膜的剪切 模量， Gj由折合模量Ej和泊松比υj等效计算， j表示不同测试系统的脚标； I1为薄膜对膜 ‑基 系统的贡献因子， a为接触半径。 3.如权利要求1所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法， 其特征在于， 所述的 压入载荷 ‑深度曲线无明显 “突进”或“突退”等现象。 4.如权利要求1所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法， 其特征在于， 所述的 泊松比υj为0.1‑0.5。 5.如权利要求4所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法， 其特征在于， 所述的 泊松比υj为0.3。 6.一种超薄纳米薄膜材 料力学特征获取系统， 其特 征在于， 该系统包括： 加载单元， 用于对待测膜 ‑基系统施加n次不同的载荷； 检测单元， 用于检测压 头压入深度和记录 压入深度随压入荷载的变化关系； 折合模量计算单元， 用于根据深度随压入荷 载的变化关系通过Oliver ‑Pharr模型计算权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165527 A 2各压入载荷下的膜 ‑基系统折 合模量； 力学特征获取单元， 用于根据所述的折合模量Eri、 最大压入深度hi和厚度t拟合计算所 述的膜‑基系统中的纳米薄膜弹性模量Ef和基底的弹性模量Es， 公式为式(1)： 式中： χ为修正因子， 其利用临界压入深度下基底效应贡献程度所确定； i＝1,2, 3,……,n。 7.如权利要求6所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取系统， 其特征在于， 式(1) 中所述的修 正因子 χ通过如下 方式计算得到： 当hi→t时， 则Eri＝ χEf， 根据式(2)计算得到所述的修 正因子 χ； 式中： Gr为膜‑基系统的折合剪切模量， Gs为基底的剪切模量， Gf为待测纳米薄膜的剪切 模量， Gj由折合模量Ej和泊松比υj等效计算， j表示不同测试系统的脚标； I1为薄膜对膜 ‑基 系统的贡献因子， a为接触半径。 8.如权利要求7所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法， 其特征在于， 所述的 泊松比υj为0.1‑0.5。 9.如权利要求8所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取方法， 其特征在于， 所述的 泊松比υj为0.3。 10.如权利要求6所述的一种超薄纳米薄膜材料力学特征获取系统， 其特征在于， 所述 的待测膜 ‑基系统中纳米薄膜部分在压入过程中无显著的微裂纹、 剥离脱落、 膜 ‑基界面脱 粘表面及界面损伤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165527 A 3