中文摘要：

采用离子溅射技术，制作两类典型的薄膜/基底试样。利用X射线衍射测量薄膜中的残余应力分布、薄膜的弹性模量和泊松比。针对原子力显微镜AFM存在的像素点飘移、灰度波动、扫描时间长等缺陷，将概率最相似理论和小波分析引入到图像处理中，避开灰度运算，直接分析随机信息和频率信息。开发适用于AFM图像的应变分析技术。在外加应力和残余应力的作用下，在纳米尺度上，研究薄膜的力学性能及微结构的变化。解决大视场内的裂纹搜索和小视场内单裂纹的跟踪。确定单裂纹纹尖场的应变分布，进行群裂纹的统计信息分析。在压应力场和残余应力场作用下，定量地测定屈曲扩展前沿的应变场和薄膜屈曲部分的三维形貌及演化过程。定量分析残余应力、晶粒尺寸、微观组织、薄膜厚度、材料常数等与材料破坏形式之间的关系。对薄膜断裂过程和薄膜屈曲过程进行有限元模拟。该项研究将进一步揭示薄膜断裂和屈曲的形成及演化机理。为构造新的薄膜断裂和屈曲损伤模型提供参考。

结论摘要：

利用对称磁致伸缩材料，开发出了新一代薄膜力学性能测试系统，在AFM 和光学显微镜下实现了对纳米尺度薄膜的对中受压加载与测试。通过标准样品比对实验和加载系统结构的有限元分析表明: 该系统加载稳定，夹持端的位移控制精度优于300 nm，中心偏移量小于30 nm。选择信息工程中使用的具有代表性的薄膜/基底组合形式薄膜/ 弹塑性材料基底, Ti / 有机玻璃(2x3x4.5 mm)。利用离子溅射技术制作了75，150，300 纳米等不同厚度的薄膜。在外加单向压缩应力和残余应力的联合作用下，研究了薄膜和基底之间由脱粘到屈曲，屈曲又驱动脱粘，进而散裂的全过程。开发了新的光学应变分析技术，提高了光学干涉应变测试灵敏度。在纳米尺度上，利用新开发的图像应变测试技术，定量地测定屈曲扩展前沿的应变变化和薄膜屈曲部分的三维形貌及演化过程。初步开发了适用于AFM 图像特点的应变分析测试技术。将概率最相似算法和互信息算法引入到图像处理中。利用单级温差电致冷器件开发了STM变温（室温- - 100?C）样品台。初步研究了压缩载荷下温度对薄膜屈曲的影响。对多种陶瓷材料的纳米力学行为进行了分析实验研究和数值模拟。