聚苯乙烯薄膜表面粘弹性行为的纳米压痕研究

作     者：张强 张丽 王晓云 阿依江.布胡达西 王玉玉 黄以能 卫来 ZHANG Qiang;ZHANG Li;WANG Xiao-yun;AYIJIANG Buhudaxi;WANG Yu-yu;HUANG Yi-neng;WEI Lai

作者机构：伊犁师范学院凝聚态相变与微结构重点实验室新疆伊宁835000 南京大学微结构国家实验室南京210000 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2018年第47卷第3期

页      面：237-243页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：新疆高校科研计划项目(XJEDU2016S079)~~ 

主　　题：聚苯乙烯薄膜 受限 纳米压痕 粘弹性 蠕变 自由表面层 

摘      要：目的通过研究聚苯乙烯薄膜不同深度下的加载力曲线,分析得到其随着深度的不同而导致测量硬度和模量的差异,研究聚苯乙烯薄膜表面粘弹性行为,从而为高分子薄膜受限效应的理论和应用探索提供参考和借鉴。方法采用纳米压痕方法对聚苯乙烯薄膜样品(厚度约500 nm)进行了系列纳米压痕测量与分析。结果加载速率较低时,其加载曲线与P-h^2关系会发生不同程度的偏离。加载速率为0.01、0.02、0.03、0.06、0.1 mN/s时,P-h^2关系中的指数从1.609逐渐增大到1.628。通过在最大载荷时保载60 s,得到了压入深度随时间变化的关系,进而计算得到蠕变柔量,并根据Zener模型拟合得到压入深度为300~400 nm时,薄膜样品存在具有不同粘弹性的两种结构。而根据不同压入深度的卸载曲线,得到样品的硬度和折合弹性模量都在压入深度约为200~400 nm的区域存在粘弹性的非均匀现象。结论在不同压入深度处存在两种不同的粘弹性结构,根据当前人们普遍接受的高分子薄膜层模型,这两种结构分别对应聚苯乙烯薄膜样品的自由表面层和本体层。