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Pi衬底上cu薄膜的张力

我是西安交通大学孙军教授的硕士研究生,我做了一些关于Pi衬底上cu薄膜张力的研究。我有一个关于薄膜力学行为的问题:在你的模拟结果中,弹性变形的范围就像塑性阶段一样被扩大了,因为多次颈缩导致了pi - bonding Cu薄膜的塑性提高。你能给我一些建议吗?非常感谢

Zaiwang

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索志刚的照片

非常感谢您对我们的工作感兴趣。我会让滕力贴出一份论文的预印本,内容是在聚合物衬底上粘接的金属薄膜的缩颈。Teng在他的有限元模拟中“发现”了这种金属薄膜的多重缩颈。基材必须具有某种中等刚度。当衬底过于柔顺时,金属膜会形成单颈而破裂。当衬底太硬时,金属膜不能形成任何颈。你可能看过一篇关于微观力学对宏观电子的影响

虽然在几种情况下观察到了多个颈,但正如我们的论文中所述,在金属薄膜的实验中从未观察到多个颈。你有实验证据吗?如果你有具体的问题,请告诉我们。

这里所附的扫描电镜图片是由PLD在Nafion聚合物衬底上沉积的镍薄膜。Nafion的膨胀和收缩取决于周围的湿度。在沉积真空被打破,周围的水分被纳入聚合物后,这种戏剧性的膨胀使镍膜破裂,如图所示。

我发现有趣的是不规则的裂缝模式,以及裂缝的结构。我是在装电极的时候偶然发现的。我觉得这可能是讨论这些图像的合适论坛。

镍薄膜裂纹

镍薄膜裂纹

镍薄膜裂纹

' El-Naggar

滕力的照片

感谢分享这些有趣的扫描电镜图片。平行裂纹模式意味着聚合物在垂直于裂纹的一个首选方向上的膨胀。我想知道你们样品的尺寸是多少,比如薄膜厚度,衬底厚度,长宽比等。聚合物中的膨胀应变有多大?

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腾,

我想你说的单向应变是对的。这不是故意的。在沉积过程中,在基底的背面使用粘合剂进行固定。很有可能它被允许向一个方向弯曲,而不是向另一个方向弯曲。

薄膜厚度在200 ~ 300nm之间。Nafion衬底厚度为180微米,直径为2英寸。水解性质是棘手的,因为(据我所知)在真空和50%相对湿度之间没有多少测量。在50% RH和完全浸水之间,线性膨胀为10% !!所以我认为真空和房间湿度之间10- 20%的膨胀是一个可用的数字。

' El-Naggar

亲爱的所有人,感谢你回答在网的问题。我的问题如下:

1.在李教授的有限元模拟中,均匀变形得到了很大的改善。弹性阶段呢?

2.Cu薄膜的厚度和宽度均出现颈缩现象。在变形薄膜的扫描电镜观察,i

不知道附件中是多个脖子吗?

滕力的照片

我在旅行,不能上网。我刚意识到我错过了第一轮有趣的讨论。
关于你的问题:
1.PI上Cu薄膜的大均匀变形主要是由于其大量的“离域”塑性变形,而不是由于其弹性变形(与塑性应变相比可以忽略不计)。相比之下,独立的Cu薄膜由于应变局部化而破裂,即一旦形成颈,就会导致薄膜失效。因此,悬空薄膜的均匀变形仅与其弹性极限相当,弹性极限很小。
2.在实际实验中,在厚度方向和宽度方向都会出现颈缩现象。如果厚度比宽度小得多,沿宽度的缩颈可以忽略不计。在这种情况下,平面应变变形假设是合理的,我们在模拟中采用了这一假设。换句话说,我们的“数值”模拟只显示了厚度的缩颈
方向。
你的扫描电镜图像是惊人的!它们看起来像多个脖子,至少在我眼里是这样。如果你能提供更多详细说明,我会很感兴趣。你能展示一个两个方向都有脖子的图片吗?
再次感谢你与我们分享你的结果。

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李教授,非常感谢您的回复以及对我的SEM图片的认可!我非常兴奋!

你和向的论文给了我很大的启发。我做了一些关于微裂纹演化与薄膜厚度关系的实验,SEM图像是我工作的一部分。我不确定是不是多重脖子。但与此同时,我相信它是!所以我需要你的帮助。

至于你说的更具体,我不知道你的意思是什么?为什么你会认为它与多脖子相似?你的标准是什么?很抱歉没有沿厚度缩颈的图像,因为PI衬底是隔离的,截面样品很难做。

滕力的照片

你的扫描电镜图像显示在Cu薄膜中有多个局部变薄的位置。我想知道你是否在Cu/PI之间使用了粘附层,或者对PI进行了表面处理。当样品仍处于张力状态时,图像是在原位拍摄的吗?你有没有试过更大的张力来破坏薄膜?谢谢。

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索志刚的照片

也许我遗漏了什么。你的意思是牛的实验实际上显示了局部变薄,而不仅仅是断裂?证据是什么?

滕力的照片

在这个图像时,局部变薄和断裂明显。她的另一个实验图像也显示了两者在更高的应变下。

尊敬的索教授和李教授,感谢你们对我工作的积极评价,这给了我很大的鼓励!

但我也想知道我在“局部细化”中的观点是否正确?

谢谢!

Rongmei

尊敬的李教授,我根据您的论文“弹性衬底上金属薄膜的变形能力”International Journal of Solids and Structures 43(2006) 2351-2363中的数据,制作了两张关于弹性体上薄膜破裂应变的图。以及“弹性体基材上金属薄膜的可拉伸性”APL85(2004)。根据论文,图中H/ H =200的曲线在哪里?根据你的模拟,破裂应变是否更大?

另外,弹性体上相对较薄的薄膜的破裂纹呢?无论薄膜越薄,断裂应变就越高,因为“弹性体衬底越硬或越厚,断裂应变就越大”。

非常感谢!

Rongmei

索志刚的照片

容梅:请在评论中添加超链接,指向你在iMechanica上发布的数据。万博manbetx平台这是如何制作超链接.这真的很容易做到,并将帮助你的读者导航和理解你的意思。非常感谢。

滕力的照片

容梅,弹性体衬底上金属膜的破裂应变取决于它们的相对厚度和刚度。如果假设弹性体在应变时保持硬化(例如,作为新胡克固体),金属薄膜的破裂应变将随着弹性体刚度的增加而继续增加。然而,当厚度比超过某一临界值时,由于衬底厚度的增加而引起的破裂应变的增加将趋于边际。也就是说,进一步增加衬底厚度对薄膜破裂应变的改善作用不大。虽然还需要进一步的计算才能更准确地回答你的问题,但我推测H(sub)/ H(film)=200的金属膜的破裂应变与H(sub)/ H(film)=50的金属膜的破裂应变相当,如图5所示IJSS纸.希望这对你有帮助。

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尊敬的李教授,感谢您的回复。

1.采用磁控溅射的方法在PI衬底上制备了Cu薄膜,Cu和PI之间没有任何杂质。界面附着力非常好,即使大变形也不会脱落,如“金属薄膜粘附在聚合物基材上的高延展性”所示,(应用物理通讯87, 161910(2005))。

2.图像是在非原位拍摄的。随着进一步变形,这些局部变薄的岩体将形成微裂纹,并呈锯齿形相互连接。请看图片发送到你的邮箱。

3.此外,我对湘中提到的“局部变薄与沿晶断裂混合”的断裂模式有不同的看法。在本文中,没有给出对断裂模式有重要影响的晶粒尺寸。当晶粒尺寸为纳米级时,裂纹可能沿晶界分布,而当晶粒尺寸为微米级或更大时,则会发生晶内断裂。

4.对于PI上Cu薄膜的延展性,无论金属薄膜或基材的厚度和刚度,以及界面粘结力,我认为薄膜与基材之间的约束是至关重要的。

约束弱导致单颈作为独立薄膜的延性较差:当薄膜厚度足以抑制PI接头的变形时,则表现为相应的体块;当薄膜过薄影响到PI接头时,由于接头较软,薄膜会以较高的速率伸长,然后以低应变的脆性方式断裂,但断裂方式是在薄膜表面产生多条裂纹。

而由于薄膜表面存在多个颈点,强约束有利于较大的均匀变形。在这种情况下,薄膜和子可以同时变形,界面退散可以延迟到更大的应变。

你呢?你这么认为吗?请和我分享你的意见!

谢谢

Rongmei妞妞

索志刚的照片

亲爱的Rongmei:

非常感谢您通过邮件发给我Cu薄膜断裂和局部变薄的图像。他们看起来很棒,很有说服力!你和你的合著者必须决定是否要把它们发布到网上。我在其他地方写过有关的观点版权

我同意你以上所有的观点。请阐明你对我们论文的观点,好吗?我不知道你的观点和我们的论文有什么不同。

祝您新年快乐,并向孙教授问好。

尊敬的索教授:感谢您的回复。我的意思是,当晶粒尺寸或薄膜厚度低于某个临界值时,更容易发生沿晶断裂。晶界变形(通过GBs滑移或发射部分位错)在小晶粒中占主导地位。局部变薄可能随着厚度的减小而变得不明显。我认为向的图像更多的是一种沿晶断裂,而不是局部细化。

Rongmei

索志刚的照片

亲爱的Rongmei:

非常感谢你的澄清。香的图像的确显示了断裂是沿着晶界的。然而,即使在他的病例中,骨折也发生在约10%的应变后。你说得很对我们的APL没有很好的证据证明局部变薄。你的图像局部变薄对我来说看起来很有说服力,但我是一个理论家,我会听取像你和项这样的实验家关于图像是否确实显示了局部变薄的意见。

我们的APL和您的工作现在清楚地表明,聚酰亚胺衬底允许铜薄膜比独立薄膜具有更高的应变。我们的理论模型暗示了这一趋势。但是,该模型也表明Cu薄膜可以承受比Xiang和你观察到的更高的应变。那么为什么会出现这种差异呢?

这里有两种可能性。首先,铜薄膜不像我们在计算中假设的那样具有延展性。例如,它经历了沿晶断裂,如Xiang的图像所示。其次,界面的键合没有我们在计算中假设的那么好。或者更可能的情况是,随着应变的增加,界面已经退化。据我所知,我们没有明确的证据证明这种界面退化正在发生。

希望进一步的实验能很快成功地澄清实验和理论之间的差异。

亲爱的Rongmei,

虽然没有明确说明时,我们Cu薄膜的晶粒尺寸确实在几十纳米量级,如图所示图4 (c).裂纹尖端的高倍扫描电镜图像清楚地表明,在170纳米厚的铜薄膜拉伸至30%时,存在局部变薄和沿晶断裂的混合现象。我同意你的观点,晶粒越大,粒间断裂就越难。你的是什么粒度的铜的电影?

谢谢,

我的Cu薄膜的晶粒尺寸约为25nm。

Joost Vlassak的照片

亲爱的Rongmei,

你能解释一下关于断裂模式的3号评论吗?在我看来,基底的存在抑制了局部缩颈。这并不意味着薄膜不能通过另一种机制失效,如晶间断裂。我们目前正在更详细地探索失效机制,特别是我们正在评估晶粒尺寸的影响。

约斯特·j·弗拉萨克

尊敬的Vlassak教授,我很高兴回答您的问题!我看了你们组的一些论文,特别是薄膜和基底之间的约束,给了我很大的帮助,谢谢!

1.在我看来,PI衬底的存在有助于在薄膜表面形成多次变薄。在柔性衬底相同的情况下,除晶粒尺寸外,局部变薄还取决于薄膜厚度,变薄程度和颈数随薄膜厚度的变化而变化。Cu薄膜越薄,局部变薄越不明显,在我60nm厚的Cu薄膜表面,经常出现直槽裂纹,没有明显的局部变薄;在我的340nm厚的Cu薄膜表面,局部变薄或预颈(由Suo和Li教授验证)增加,裂纹呈锯齿状。60nm厚膜的断裂应变小于340nm厚膜的断裂应变。

2.我认为,薄膜的变形和断裂是沿晶还是晶内的,这在很大程度上取决于薄膜中晶粒的大小。当晶粒尺寸在30nm左右时,断口为沿晶断口,晶界分布大量原子,通过晶界滑移或晶界发射部分位错而变形;对于亚微米级的晶粒尺寸,以晶粒内破碎的可能性更大。

我的观点是否正确?如果错了,请指正并帮助我,并分享给你的朋友!谢谢!

Joost Vlassak的照片

亲爱的Rongmei,

我毫不怀疑,当你减少薄膜厚度时,失效机制会发生变化。位错运动引起的塑性变形变得越来越困难,晶界机制的重要性增加。请记住,衬底可以延缓颈缩的发生,但不一定能防止其他失效机制。我的一个学生,Jennifer Furstenau正在研究金属薄膜在聚合物基底上的断裂。你可以在jfursten@fas.harvard.edu

约斯特·j·弗拉萨克

亲爱的索教授,我已经给你发了一封邮件,可能会有用。

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