拉曼力学实验中数据处理与压痕残余应力实验研究

作     者：韩月涛 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：亢一澜

授予年度：2014年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：微拉曼光谱 数值模拟 峰位拟合 单晶硅 残余应力 

摘      要：近年来,随着微纳领域科学技术的迅速发展,如何准确测量微纳尺度下材料或结构的力学性能成为人们越来越关注的问题,一些宏观领域的测试技术已经难以满足测试需求,需要探索新的测试技术与方法。微拉曼光谱力学测量是近年来发展起来的实验技术,具有非接触、高灵敏度、高空间分辨率(≤1μm)、实时在线测量等特点,在微纳尺度实验力学领域具有发展潜力。该方法以实验测得拉曼谱线信息作为力学测量的基础,对拉曼特征峰峰位十分敏感,系统研究噪声对峰位拟合的影响是拉曼光谱力学测量中的重要的基础。首先,本文研究了随机噪声、基线、锐利峰三类典型噪声对峰位拟合结果的影响,通过数值模拟分别研究了不同因素在噪声对峰位拟合影响中的作用,发现随机噪声对峰位拟合结果的影响与噪声水平、半高宽以及光谱分辨率有关,若假定基线形式为直线,则基线对峰位拟合的影响可定性地用基线斜率与峰强之比来表征,锐利峰对峰位拟合的结果除与锐利峰强度及其相对拉曼特征峰的位置有关。其次,本文根据三类噪声的特点就如何提高拉曼特征峰峰位拟合的准确度进行了研究,针对随机噪声,通过数值模拟分析了四种典型滤波方法对峰位拟合精度的影响,讨论了滤波效果对峰位拟合准确度的影响;针对基线,提出使用基线拟合法消除其对峰位拟合的影响,并分析讨论了其有效性,结果表明该方法可以有效的消除基线对峰位拟合的影响;针对锐利峰的特点,给出了建议的处理方法。最后,本文针对单晶硅在受载后残余应力的分布规律展开研究,利用拉曼光谱扫描成像技术测量给出了两种不同晶向的单晶硅在玻氏压头作用下压痕周边残余应力场的分布,讨论了压痕周边残余应力的影响区域的大小,定量给出了压痕边缘残余应力的数值,分析了不同晶向对残余变形的影响,讨论了半高宽及峰强等实验信息。这一工作表明拉曼光谱法是一种有效的残余应力实验测量手段。