差排滑移與鄰近差排之關係-淡江大學機械與機電工程學系.docVIP

差排滑移與鄰近差排之關係 張宇勝1、1、莊郁凡1淡江大學機械與機電工程學系大學部學生 摘要 本研究在PDMS彈性薄膜上施予單軸向拉伸，固定，經鍍後進行應變回復，產生漣漪結構漣漪結構37°施予拉伸應力於滑移產生差排滑移，藉由所抵抗之逆向力矩，正負刃差排移動方向，並試著觀察些因素影響差排移動速度差排受附近差排影響，同向差排使其移動速動較快，反向則；楊氏模數大小影響差排滑移速度，楊氏模數較大差排移動速度較。 前言： 本研究係將聚二甲基矽氧烷 Polydimethylsiloxane；PDMS 高分子拉伸後濺鍍一層金鍍層，在給予應變回復，使PDMS表面自我組裝成漣漪與差排結構，並漣漪試片37°給予應力拉伸，使差排沿平面滑移，同時差排滑移，位移與時間之關係，進一步探討不同楊氏模數對滑移速度之影響，另外，觀察同向與逆向差排間滑移速度之影響。 2. 實驗步驟： 2-1 PDMS溶膠製備 PDMS溶膠調製係將PDMS預聚物 Prepolymers 和硬化劑 Curing agents ，以重量百分比10：1和15：1均勻混合後，將其抽放入真空系統內，直至溶膠混合時產生的氣泡消失。 2-2 PDMS薄膜製作 將溶膠以旋轉塗佈方式，塗佈在清潔過的矽晶片上，其轉速分別為 245rpm 10：1 及300 rpm 15：1 ，以其轉速塗佈30秒，均勻塗佈在矽晶片上，將其放入烘箱烘2小時，烘箱溫度設定為100℃，乾燥後得到400μm之薄膜。 將完全硬化之PDMS彈性薄膜製作成拉伸試片，拉伸試片規格見圖1。 圖1 拉伸試片規格 2- 漣漪 Ripple 試片製作 將拉伸試片置於拉伸治具上，給予12.5%應變拉伸後，放入濺鍍機，在真空鍍10 Pa時，濺鍍一層34±5 nm的金鍍層 2-4 差排滑移觀察 將漣漪試片放在滑移治具上，漣漪試片37°給予應力拉伸，並在OLYMPUS B071光學顯微鏡 Optical Microscope；OM 鏡頭下，將其滑移情形錄製在電腦上，並將其之關係以Excel繪製 3. 結果與討論： 3-1 漣漪結構與缺陷 拉伸試片在回復應變時，會產生漣漪結構與其，係因金鍍層與PDMS的楊氏模數差異相當大，且金鍍層之延展性良好，故在回復應變時，金鍍層以隆起的方式抵銷PDMS的應變與應力， 圖2 a 漣漪 b 差排 c 裂縫 3-2 滑移機制 3-3 不同楊氏模數對差排滑移之影響 在主劑與硬化劑比例不同情況下，所產生之楊氏模數分別為2.953MPa 5：1 與2.1MPa 10：1 ，在相同12.5%的拉伸應變下、相等面積內，濺鍍上等厚度之金鍍層，之後將其應變回復，則5:1的漣漪試片會因楊氏模數比10:1的漣漪試片大，同面積裡漣漪數目較多、波長較短 見圖4a和圖4b比較 ，差排需要克服其內摩擦力變得較困難，因此差排滑移速度較為緩慢。而10:1的漣漪試片相對來說滑移速度就比5:1的漣漪試片來的快。圖5為楊氏模數不同，兩者同樣在克服一次滑移所產生的內摩擦之時間內，滑移距離之比較，為10:1比5:1速度較快。 圖4 不同楊氏模數之波長比較： a 5:1 楊氏模數 2.953MPa； b 10:1楊氏模數 2.1MPa 圖5 楊氏模數不同之滑移距離與差排移動時間比例 3-4差排對滑移速度之影響 圖6 滑移距離與差排移動時間之比例 3-4-1同向差排對滑移速度之影響 T 0秒 b T 150秒 c T 201秒 d T 234秒 圖7 在同向差排的影響中，由於其力矩方向為同向，因此當其在同一條漣漪的狀況下，其力矩會受其他同向差排影響而變大，因此速度會變快。圖7 a ~ d 中，一開始有三個差排在同一條漣漪，其中下方兩個差排由於靠近排向表面裂縫，受裂縫之應力場所影響，因此較不易移動，而在上方之差排由於受下方兩個差排之同向力矩影響，速度有加快，可由其滑移距離與時間之關係圖 圖5 中看出。 e T 253秒 f T 263秒 g T 270秒 h T 284秒 i T 306秒 圖8 當漣漪結構的差排對正在滑移中的差排靠近時，其影響會較整體差排所帶來的影響大，因此當滑移差排遠離這些差排時，其狀態會回歸要綜合全部差排對其之影響。因此在圖8 e ~ i 中，差排逐漸離開加速源，而改變整體差排速度影響，而變得等速，因此相對於一開始受到同向差排之加速來說，其速度變慢，可由其滑移距離與時間之關係圖 圖5 中得知。 3-4-3 反向差排對滑移速度之影響 j T 342秒 k T 394秒 l T 804秒 m T 1639秒 圖9 當反向差排中兩差排尖端連線與水平之夾角過大時，會使得差排無法達到最穩定之狀況 差排無法正負抵銷變成漣漪 ，但為了降低自由能，逆時針力矩會依一支點滑移，此時滑移的差排線