光学手段观察皱纹图案。例如,一个25nm厚的聚合物薄膜可产生的波长大于1 μm。美国国家标准与技术研究所的聚合物部(NIST)通过机械诱发的起皱不稳定性,直接测量高分子薄膜与一些涂层的弹性模量[4]。这种技术的一个主要优点是,可以通过测量微米尺度起皱的波长来计算纳米级厚度薄膜的弹性模量。同时这种技术减小在测量聚合物超薄膜的弹性模量时产生的误差[17-19],使人们能精确测量起皱产生的较小的皱纹波长[20]。此外,这种方法实施起来简单方便,便于广泛推广。 1.1.2 表面起皱的机理表面起皱时,薄膜所受到的应力是决定薄膜起皱的主要因素。起皱时产生的应力主要为外界刺激产生的压缩应力。当压缩应力大于薄膜与基底层间的临界应力时,体系会形成具有特定波长和振幅的褶皱图案,所以表面起皱可以使用一个力平衡[21-23]或能量平衡[24-25]方式来描述。其中力平衡方式主要用于描述薄膜(片)在半无限基板(平面应变状态)上的体系,例如在弹性基底上刚性薄膜的经典方程是[22]:42420fdy dyEI F kzdx dx?++=其中 是平面应变模量,E是杨氏模量,ν是泊松比, 是转动惯量,W是薄膜的宽度,h是薄膜的厚度, F是单轴施加的力或负荷,K是弹性半空间的温克勒弹性模量( )[26]。下标f和s分别为表示薄膜与基底。z轴定义为垂直于表面且x轴是平行于F方向。在等式1中,第一项和第三项等同于经典的Euler-Bernoulli梁弯曲方程的薄膜弯曲力,第二项考虑到了在薄膜上力的作用。相比之下,弹性基底上薄膜起皱产生的褶皱涉及力和膜之间弯曲(公式1中的第一项)的平衡,它的作用是抑制短的波长;而基体的变形(公式1中第三项)是抑制长的波长。 3/12IWh=2/(1 )EEν?=?/SkEwπλ?=(1)万方数据
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