基底系统的纳米压痕实验与数值研究的开题报告.docx

薄膜/基底系统的纳米压痕实验与数值研究的开题报告
开题报告
题目：薄膜/基底系统的纳米压痕实验与数值研究
一、研究背景和意义
薄膜/基底系统广泛应用于微电子器件、光学器件和机械加工等领域。其中，纳米压痕是一种常用的方法来研究薄膜/基底系统的性能和力学行为。在纳米压痕实验中，通过在材料表面施加微小的压力，在材料中产生塑性变形，从而得到材料的力学性能参数，如硬度、弹性模量等。由于纳米压痕具有无损、微小、快速的特点，因此广泛应用于薄膜/基底系统的力学性能表征。
本次研究旨在通过综合实验和数值计算的方法，深入探究薄膜/基底系统的纳米压痕行为和力学特性，为薄膜/基底系统的工程应用提供理论基础和技术支撑。
二、研究内容和方法
本研究将从以下几个方面开展：
1.综述薄膜/基底系统的力学性能表征和纳米压痕实验方法的基本原理；
2.设计和搭建纳米压痕测试机，通过对不同材料的纳米压痕实验得到其硬度、弹性模量等力学参数；
3.建立薄膜/基底系统的数值模型，研究其力学行为和变形机制，通过有限元方法模拟不同条件下的纳米压痕行为；
4.对实验和模拟结果进行比较和分析，探究薄膜/基底系统的力学性能与结构特征之间的关系。
三、研究计划和时间节点
1.第一周：阅读相关文献，熟悉实验和数值计算方法；
2.第二周：设计和制作纳米压痕测试机，进行初步实验；
3.第三到六周：通过实验和数值计算得到薄膜/基底系统的硬度、弹性模量等力学参数，建立数值模型；
4.第七到八周：通过数值模拟研究薄膜/基底系统的力学行为和变形机制；
5.第九到十周：对实验和模拟结果进行比较和分析，撰写研究报告；
6.第十一到十二周：做最后的完善和修改，完成论文。
四、预期成果
1.设计和制作一台新型的纳米压痕测试机；
2.通过实验和数值计算得到薄膜/基底系统的硬度、弹性模量等力学参数；
3.建立薄膜/基底系统的数值模型，研究其力学行为和变形机制；
4.探究实验和模拟结果之间的关系，为薄膜/基底系统的力学性能表征提供理论基础和技术支撑；
5.发表学术论文1篇。
五、参考文献
1.Bhattacharya,M.,Nix,W.D.,&König,J.D.(2002).Finiteelementsimulationoftheindentationofanelastic-plasticbilayersystem.JournaloftheMechanicsandPhysicsofSolids,50(4),793-814.
2.Oliver,W.C.,&Pharr,G.M.(2004).Measurementofhardnessandelasticmodulusbyinstrumentedindentation:Advancesinunderstandingandrefinementstomethodology.JournalofMaterialsResearch,19(1),3-20.
3.Pharr,G.M.,Oliver,W.C.,&Brotzen,F.R.(1992).Onthegeneralityoftherelationshipamongcontactstiffness,contactarea,andelasticmodulusduringindentation.JournalofMaterialsResearch,7(3),613-617.
4.Korsunsky,A.M.,Yingchun,L.,Liu,C.H.,&Roebuck,B.(2013).Anumericalstudyofnanoindentationandnanoscratchinginthinfilm-substratesystems.ThinSolidFilms,546,286-296.
5.Li,Y.,Li,X.,Li,Q.,&Wang,F.(2019).Studyonthemeasurementofmechanicalparametersofthinfilmsbynanoindentation.AdvancesinMechanicalEngineering,11(9),1687814019866085.