《納米尺度Ni-Ti薄膜相變與變形行為研究》是依託南京大學，由潘冠軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米尺度Ni-Ti薄膜相變與變形行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：潘冠軍
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米尺度Ni-Ti薄膜性能的可調控性與穩定性是提高MEMS納米器件製造工藝水平的關鍵。當薄膜的厚度減小到納米尺寸時，Ni-Ti薄膜的相變行為表現出與膜厚相關聯的奇異特徵，如相變溫度降低、相變路徑改變和相變應力下降等，而現有物理模型在解釋這種尺寸效應時遇到了困難。目前，雖然諸多研究從晶界約束、內應力、表面氧化等方面分析了相變行為的影響因素，但對相變奇異行為與微結構演變的關聯仍然認識不清。由於馬氏體相變具有可逆性，傳統研究方法無法表征相變過程的動態微結構特徵，原位研究具有不可替代的優勢。因此，本項目擬通過原位技術表征馬氏體相變與變形過程中的微結構變化，重點研究Ni-Ti薄膜熱誘發馬氏體相變行為、納米尺度超彈性和循環變形穩定性，揭示馬氏體相變與變形行為的尺寸效應，闡明納米尺度Ni-Ti薄膜尺寸效應的物理機制，為設計製造高性能、高可靠性的納米器件提供科學依據。
結題摘要
納米尺度NiTi薄膜性能的可調控性與穩定性是提高MEMS納米器件製造工藝水平的關鍵。當薄膜的厚度減小到納米尺寸時，NiTi薄膜的相變行為表現出與膜厚相關聯的奇異特徵，如相變溫度降低、相變路徑改變和相變應力下降等，而現有物理模型在解釋這種尺寸效應時遇到了困難。本項目藉助原位變溫和納米壓痕技術，從熱/應力誘發馬氏體相變行為與微結構動態演變的關聯入手，研究了NiTi薄膜馬氏體相變與變形行為的尺寸效應，主要開展了三個方面的研究工作：(1)納米尺度NiTi薄膜熱誘發馬氏體相變行為尺寸效應。(2)納米多層膜結構對NiTi功能特性的調控。(3)納米尺度Ni-Ti薄膜循環變形穩定性。通過以上研究獲得了以下幾方面的結果：(1)發現隨著薄膜厚度的變化顯著影響熱誘發馬氏體的相變順序，且相變開始溫度呈現先降低後上升的異常趨勢。研究認為這是由於晶粒細化、富Ni析出相與內應力在不同厚度薄膜的主導作用不同導致。(2)發現納米多層結構可以有效提高應力誘發馬氏體相變的視窗大小，可達7.4GPa，為單層NiTi膜視窗的三倍。分析認為薄膜層間的共格界面結構和NiTi相變應變可以保證共格界面在變形時的穩定性；另一方面，W膜層的間距增加可以增大NiTi晶粒尺寸，減小了應力誘發馬氏相變的臨界應力。(3)發現載荷循環變形誘發薄膜超彈性的現象。分析認為這是由於前期變形引入缺陷使得母相臨界屈服應力提高，同時前期變形引起的晶粒長大降低了馬氏體相變的臨界應力。本項目的研究結果揭示了馬氏體相變與變形行為的尺寸效應，闡述了納米尺度Ni-Ti薄膜尺寸效應的物理機制，為設計製造高性能、高可靠性的納米器件提供了理論和實驗依據。
