近场显微拉曼光谱实验力学测试理论与应用技术研究

近场拉曼光谱技术具有纳观尺度的空间分辨率，能够同时获得被测物的纳观形貌图像和拉曼散射图谱，并对材料的本征与非本征物理、力学、材料因素都敏感，有可能成为一种新的纳米尺度的无损、原位、活体表征的实验力学测试手段，但尚需要着力解决"相关实验力学测试理论"和"光谱信息处理与力学量的提取识别"这两个方面的关键瓶颈问题。本申请项目拟在国家自然科学基金的支持下，开展近场拉曼实验力学测试理论与应用技术的研究。通过引入实验状态反馈和探针偏振选择建立近场拉曼力学量的测量理论，通过谱线的数学拟合与分离技术解决抑噪问题，发展力学参量的提取与识别方法，并实现包括目标力学参量在内的多种物理与材料信息的协同测量与表征，建立可实现纳观尺度精细测量的近场拉曼光谱实验力学测试系统，从而为微纳尺度力学测试提供新的手段。

近场拉曼光谱技术具有纳观尺度的空间分辨率，能够同时获得被测物的纳观形貌图像和拉曼散射图谱，并对材料的本征与非本征物理、力学、材料因素都敏感，有可能成为一种新的纳米尺度的无损、原位、活体表征的实验力学测试手段，但尚需要着力解决若干方面的关键瓶颈问题。本项目在国家自然科学基金的支持下，围绕着近场拉曼实验力学测试理论与应用技术的开展研究，在近场/显微拉曼实验力学表征方法（理论、技术、系统及应用）、基于纳米传感的拉曼应变测量方法（理论、技术与应用）和碳纳米管纤维材料的纳－微－宏观多尺度力学性能研究三个主要方面取得了较为突出的学术进展。.1、面向纳米材料近场拉曼实验力学测试，在表征理论方面开展了纳米颗粒/薄膜力学性能及其尺寸效应的低频拉曼光谱表征方法的研究；在数据分析方面，发展了面向多物理量协同测量的拉曼光谱全谱形分析方法。在试验系统方面，设计了适于近场拉曼力学测量的专用加载与夹持系统和可实现线偏振方向连续协同/协异控制与线圆偏切换的偏振控制组件，在应用研究方面，开展了多层应变硅薄膜结构和MEMS多层膜结构的本证应力与界面应变梯度的实验分析。.2、面向微尺度拉曼传感测量，提出了以碳纳米管为传感介质的平面应变测量实验理论与拉曼应变花技术，并通过发展广义化模型、传感介质扩展、模型与标定相结合等方式，摒除了传感测量对系统的选择性和介质的依赖性，构建了广谱的应变传感方法，并实现了微尺度传感介质制备和实验方式的多样化和标准化。.3、面向纳米结构跨尺度力学行为表征，提出了联合多种实验力学技术的多尺度实验力学协同测量方法开展了对碳纳米管纤维材料宏－细－微尺度结构的载荷响应及变形机理的实验分析。.在本项目支持下，任务书中的逐项研究目标已基本完成。截止于2013年底共计发表（含收录待发表）学术期刊论文共计15篇，其中SCI检索论文12篇（1篇为SCI一区）；申请专利4项，获得专利授权3项。参加国际学术会议9人次，国内重要会议6人次，培养研究生7名（已毕业4名），项目负责人入选2013年教育部新世纪优秀人才支持计划，本项目后续研究已获得国家基金面上项目（批准号11272232）继续支持。