表面杂质诱导薄膜元件的热应力损伤

简介：
基于薄膜元件的热力学理论基础之上，本研究开发了在强激光连续照射下薄膜元件进行热分析的数学模型，并通过数值模拟的方式探讨了薄膜表面杂质吸热后向周边薄膜传递热量的过程。该过程可分为两个阶段：一是达到熔点的杂质通过热传导方式将所吸收的能量传递给周围薄膜；二是未达到熔点的杂质则以辐射形式完成能量传递。研究发现，热传导作用导致的温度升幅明显高于辐射作用所带来的升温效果。此外，在模拟过程中还揭示了温度梯度变化对薄膜元件产生非均质应力场的影响机制：随着温度梯度增加，薄膜产生的最大应力值呈非线性增长，并且只有尺寸位于特定范围内的杂质会显著提高薄膜元件的热应力损伤风险。研究结果表明，通过提升表面洁净度和减少杂质数量可以有效降低薄膜元件因热应变所导致的功能退化概率。