薄膜材料被廣泛應用于制備柔性顯示、太陽(yáng)能電池、柔性傳感器等器件，了解薄膜材料的力學(xué)性能，如彈性模量、屈服強度、斷裂強度等，對器件設計和性能優(yōu)化具有極其重要的意義。目前，測試薄膜力學(xué)性能主要是通過(guò)拉伸薄膜或通過(guò)原子力探針、納米壓痕儀等對薄膜進(jìn)行按壓，然而上述方法用于研究超薄薄膜整體的力學(xué)性能具有一定的局限性。超薄薄膜往往難以自支撐，而在基底上進(jìn)行測試引起的誤差較大;按壓的方式僅僅局限在很小的測量區域，難以反映出超薄薄膜整體的力學(xué)性能?；谝陨显?，有待提出新的研究方法來(lái)測量薄膜的力學(xué)性能。水的表面張力高達72 m N/m，在室溫下水的粘度僅為0.89m Pa?s。

因此，密度較低的物體在水面上不僅能保持漂浮的狀態(tài)，還可以進(jìn)行幾乎無(wú)摩擦的滑動(dòng)。研究表明，超薄膜材料能在水的表面張力作用下發(fā)生拉伸、彎曲或失穩起皺。因此，可以通過(guò)在水面上對薄膜材料進(jìn)行拉伸的方法，來(lái)測量薄膜材料的力學(xué)性能。本文研究了一種基于液體表面張力的薄膜力學(xué)性能表征方法，重點(diǎn)研究了微米級厚度的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)圓環(huán)薄膜的彈性模量，證明了該方法的可行性。我們讓PDMS圓環(huán)薄膜自由漂浮在水面上，在圓環(huán)中心處滴加表面活性劑，降低圓環(huán)內液面的表面張力，使得PDMS圓環(huán)薄膜的內外邊界因表面張力差而發(fā)生受拉變形。針對這種方法，本文研究了影響PDMS圓環(huán)薄膜的受拉變形的主要因素(PDMS的配比、薄膜厚度、表面活性劑的面濃度)，總結了變形量隨時(shí)間變化的規律。結合圓環(huán)所受液面表面張力的測量結果，進(jìn)一步討論了圓環(huán)受拉變形過(guò)程。最后基于實(shí)驗中測量得到的變形量和表面張力的數據，使用超彈性材料的本構方程計算出PDMS的彈性模量。

本論文研究的是一種新穎的力學(xué)性能表征方法，利用液體表面張力的變化使漂浮在液面的固體薄膜發(fā)生拉伸變形。使用水面作為支撐基底，避免了普通拉伸測試中固體基底對測試結果的影響。該方法實(shí)驗操作簡(jiǎn)單，且無(wú)需大型精密儀器的輔助，具有測量各類(lèi)薄膜材料力學(xué)性能的潛力。同時(shí)該方法便于完整轉移難以自支撐的薄膜材料，為大尺寸柔性器件制備提供了新的方法和思路。因此，基于液體表面張力的薄膜力學(xué)性能表征方法具有廣泛的應用價(jià)值和重要的研究意義。