【摘要】：薄膜材料被广泛应用于制备柔性显示、太阳能电池、柔性传感器等器件，了解薄膜材料的力学性能，如弹性模量、屈服强度、断裂强度等，对器件设计和性能优化具有极其重要的意义。目前，测试薄膜力学性能主要是通过拉伸薄膜或通过原子力探针、纳米压痕仪等对薄膜进行按压，然而上述方法用于研究超薄薄膜整体的力学性能具有一定的局限性。超薄薄膜往往难以自支撑，而在基底上进行测试引起的误差较大;按压的方式仅仅局限在很小的测量区域，难以反映出超薄薄膜整体的力学性能。

基于以上原因，有待提出新的研究方法来测量薄膜的力学性能。水的表面张力高达72 m N/m，在室温下水的粘度仅为0.89m Pa?s。因此，密度较低的物体在水面上不仅能保持漂浮的状态，还可以进行几乎无摩擦的滑动。研究表明，超薄膜材料能在水的表面张力作用下发生拉伸、弯曲或失稳起皱。因此，可以通过在水面上对薄膜材料进行拉伸的方法，来测量薄膜材料的力学性能。本文研究了一种基于液体表面张力的薄膜力学性能表征方法，重点研究了微米级厚度的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)圆环薄膜的弹性模量，证明了该方法的可行性。

我们让PDMS圆环薄膜自由漂浮在水面上，在圆环中心处滴加表面活性剂，降低圆环内液面的表面张力，使得PDMS圆环薄膜的内外边界因表面张力差而发生受拉变形。针对这种方法，本文研究了影响PDMS圆环薄膜的受拉变形的主要因素(PDMS的配比、薄膜厚度、表面活性剂的面浓度)，总结了变形量随时间变化的规律。结合圆环所受液面表面张力的测量结果，进一步讨论了圆环受拉变形过程。最后基于实验中测量得到的变形量和表面张力的数据，使用超弹性材料的本构方程计算出PDMS的弹性模量。

本论文研究的是一种新颖的力学性能表征方法，利用液体表面张力的变化使漂浮在液面的固体薄膜发生拉伸变形。使用水面作为支撑基底，避免了普通拉伸测试中固体基底对测试结果的影响。该方法实验操作简单，且无需大型精密仪器的辅助，具有测量各类薄膜材料力学性能的潜力。同时该方法便于完整转移难以自支撑的薄膜材料，为大尺寸柔性器件制备提供了新的方法和思路。因此，基于液体表面张力的薄膜力学性能表征方法具有广泛的应用价值和重要的研究意义。