【摘要】：薄膜材料被廣泛應用于制備柔性顯示、太陽能電池、柔性傳感器等器件，了解薄膜材料的力學性能，如彈性模量、屈服強度、斷裂強度等，對器件設計和性能優(yōu)化具有極其重要的意義。目前，測試薄膜力學性能主要是通過拉伸薄膜或通過原子力探針、納米壓痕儀等對薄膜進行按壓，然而上述方法用于研究超薄薄膜整體的力學性能具有一定的局限性。超薄薄膜往往難以自支撐，而在基底上進行測試引起的誤差較大;按壓的方式僅僅局限在很小的測量區(qū)域，難以反映出超薄薄膜整體的力學性能。

基于以上原因，有待提出新的研究方法來測量薄膜的力學性能。水的表面張力高達72 m N/m，在室溫下水的粘度僅為0.89m Pa?s。因此，密度較低的物體在水面上不僅能保持漂浮的狀態(tài)，還可以進行幾乎無摩擦的滑動。研究表明，超薄膜材料能在水的表面張力作用下發(fā)生拉伸、彎曲或失穩(wěn)起皺。因此，可以通過在水面上對薄膜材料進行拉伸的方法，來測量薄膜材料的力學性能。本文研究了一種基于液體表面張力的薄膜力學性能表征方法，重點研究了微米級厚度的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)圓環(huán)薄膜的彈性模量，證明了該方法的可行性。

我們讓PDMS圓環(huán)薄膜自由漂浮在水面上，在圓環(huán)中心處滴加表面活性劑，降低圓環(huán)內液面的表面張力，使得PDMS圓環(huán)薄膜的內外邊界因表面張力差而發(fā)生受拉變形。針對這種方法，本文研究了影響PDMS圓環(huán)薄膜的受拉變形的主要因素(PDMS的配比、薄膜厚度、表面活性劑的面濃度)，總結了變形量隨時間變化的規(guī)律。結合圓環(huán)所受液面表面張力的測量結果，進一步討論了圓環(huán)受拉變形過程。最后基于實驗中測量得到的變形量和表面張力的數(shù)據(jù)，使用超彈性材料的本構方程計算出PDMS的彈性模量。

本論文研究的是一種新穎的力學性能表征方法，利用液體表面張力的變化使漂浮在液面的固體薄膜發(fā)生拉伸變形。使用水面作為支撐基底，避免了普通拉伸測試中固體基底對測試結果的影響。該方法實驗操作簡單，且無需大型精密儀器的輔助，具有測量各類薄膜材料力學性能的潛力。同時該方法便于完整轉移難以自支撐的薄膜材料，為大尺寸柔性器件制備提供了新的方法和思路。因此，基于液體表面張力的薄膜力學性能表征方法具有廣泛的應用價值和重要的研究意義。