【摘要(yao)】：薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)材料(liao)被廣泛應用于制備柔性(xing)(xing)顯示、太陽(yang)能電(dian)池、柔性(xing)(xing)傳感(gan)器等(deng)器件(jian)，了解薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)材料(liao)的(de)(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能，如彈性(xing)(xing)模量(liang)、屈服強(qiang)度、斷裂強(qiang)度等(deng)，對器件(jian)設計和性(xing)(xing)能優化具有極其重要(yao)的(de)(de)(de)意義。目前，測(ce)(ce)試薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)力(li)學性(xing)(xing)能主要(yao)是通(tong)過拉伸薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)或通(tong)過原子力(li)探針、納米壓(ya)痕(hen)儀等(deng)對薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)進(jin)行按壓(ya)，然而上(shang)述方法用于研究超(chao)薄(bo)(bo)(bo)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)整體的(de)(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能具有一定的(de)(de)(de)局限性(xing)(xing)。超(chao)薄(bo)(bo)(bo)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)往(wang)往(wang)難以(yi)自(zi)支撐，而在基(ji)底(di)上(shang)進(jin)行測(ce)(ce)試引(yin)起的(de)(de)(de)誤差較大;按壓(ya)的(de)(de)(de)方式僅僅局限在很小的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)區域，難以(yi)反映(ying)出超(chao)薄(bo)(bo)(bo)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)整體的(de)(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能。

基于以上原(yuan)因(yin)(yin)，有(you)待提出新(xin)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究方(fang)法(fa)來測(ce)量(liang)薄膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)力學性(xing)能(neng)。水的(de)(de)(de)表面(mian)張(zhang)(zhang)力高達72 m N/m，在(zai)室(shi)溫下水的(de)(de)(de)粘(zhan)度僅為(wei)0.89m Pa?s。因(yin)(yin)此(ci)，密度較(jiao)低的(de)(de)(de)物體在(zai)水面(mian)上不僅能(neng)保持漂(piao)浮的(de)(de)(de)狀態(tai)，還可(ke)以進(jin)行幾乎無摩擦的(de)(de)(de)滑動。研(yan)(yan)究表明，超(chao)薄膜(mo)(mo)材料能(neng)在(zai)水的(de)(de)(de)表面(mian)張(zhang)(zhang)力作(zuo)用下發生(sheng)拉(la)伸、彎曲或(huo)失穩起皺。因(yin)(yin)此(ci)，可(ke)以通過在(zai)水面(mian)上對(dui)薄膜(mo)(mo)材料進(jin)行拉(la)伸的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，來測(ce)量(liang)薄膜(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)力學性(xing)能(neng)。本文研(yan)(yan)究了(le)(le)一種基于液體表面(mian)張(zhang)(zhang)力的(de)(de)(de)薄膜(mo)(mo)力學性(xing)能(neng)表征方(fang)法(fa)，重點研(yan)(yan)究了(le)(le)微米(mi)級厚度的(de)(de)(de)聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)圓環薄膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)彈性(xing)模量(liang)，證明了(le)(le)該方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)可(ke)行性(xing)。

我(wo)們(men)讓PDMS圓(yuan)(yuan)環薄(bo)膜(mo)自由漂浮在水面(mian)上，在圓(yuan)(yuan)環中心處滴加表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性(xing)劑，降(jiang)低(di)圓(yuan)(yuan)環內液面(mian)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力，使(shi)得PDMS圓(yuan)(yuan)環薄(bo)膜(mo)的(de)(de)(de)內外邊界因表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力差而發生受拉(la)變(bian)(bian)形(xing)。針對這種方法，本(ben)文研究了影(ying)響PDMS圓(yuan)(yuan)環薄(bo)膜(mo)的(de)(de)(de)受拉(la)變(bian)(bian)形(xing)的(de)(de)(de)主要因素(su)(PDMS的(de)(de)(de)配比、薄(bo)膜(mo)厚度、表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性(xing)劑的(de)(de)(de)面(mian)濃度)，總(zong)結了變(bian)(bian)形(xing)量(liang)(liang)隨時間變(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)(de)規(gui)律。結合圓(yuan)(yuan)環所受液面(mian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)結果，進一步討論了圓(yuan)(yuan)環受拉(la)變(bian)(bian)形(xing)過(guo)程。最后基于(yu)實(shi)驗中測(ce)量(liang)(liang)得到的(de)(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)量(liang)(liang)和表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)數據，使(shi)用超彈(dan)性(xing)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)本(ben)構方程計算出PDMS的(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)模量(liang)(liang)。

本論(lun)文(wen)研究(jiu)的(de)(de)(de)是一(yi)種新(xin)穎(ying)的(de)(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)表(biao)征(zheng)方(fang)法(fa)，利用液體(ti)(ti)表(biao)面張力(li)的(de)(de)(de)變化使漂浮(fu)在液面的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)薄(bo)(bo)膜發生拉伸變形。使用水面作為支撐(cheng)基(ji)底，避免了普通拉伸測(ce)試中固(gu)體(ti)(ti)基(ji)底對測(ce)試結果的(de)(de)(de)影(ying)響。該(gai)方(fang)法(fa)實驗操作簡單，且無需大型(xing)精密(mi)儀器(qi)的(de)(de)(de)輔助，具有測(ce)量各類薄(bo)(bo)膜材料(liao)力(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)潛力(li)。同時該(gai)方(fang)法(fa)便于完整轉移難以自(zi)支撐(cheng)的(de)(de)(de)薄(bo)(bo)膜材料(liao)，為大尺(chi)寸柔性(xing)(xing)器(qi)件(jian)制(zhi)備提供(gong)了新(xin)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)和(he)思(si)路。因此(ci)，基(ji)于液體(ti)(ti)表(biao)面張力(li)的(de)(de)(de)薄(bo)(bo)膜力(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)表(biao)征(zheng)方(fang)法(fa)具有廣泛的(de)(de)(de)應用價值(zhi)和(he)重要(yao)的(de)(de)(de)研究(jiu)意義(yi)。