CN114397279A - 任意应变状态下二维材料和应变物体的应变状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种任意应变状态下二维材料和应变物体的应变状态检测方法，包括：在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到待测二维材料的参量；在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对；通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。本发明的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法能够对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测。

Description

任意应变状态下二维材料和应变物体的应变状态检测方法

技术领域

本发明涉及力学测量的技术领域，尤其是涉及一种任意应变状态下二维材料和应变物体的应变状态检测方法。

背景技术

二次谐波是最常见也是最明显的非线性光学效应之一，而具有非中心对称晶格结构的材料对于光信号的非线性调制作用尤为明显。同时，研究表明应变可以对材料的非线性光学性质产生非常大的影响，特别是二维材料的非线性光学性质，所以可以考虑通过材料的非线性光学性质来实现力学性质的测量。单层二硫化钼是一种新型的二维材料，与石墨烯类似具有原子级的厚度和优异的热、电、力学性能。该材料可以承受大曲率且非线性光学转化效率较高，适用于通过二次谐波测量手段，实现其面内应变信息的测量。

目前，二次谐波应变测量技术能够实现单向应变状态或等双轴应变状态下，二硫化钼等二维材料的应变分析。对于任意应变状态下材料面内应变信息的测量以及解耦分析还缺少较为实用的方法，从而无法获得二维材料面内任意应变状态下，已经存在的应变状态，还难以满足工程的需求。

综上，现有技术还无法对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种任意应变状态下二维材料和应变物体的应变状态检测方法，以缓解现有技术还无法对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法，包括：

在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到所述待测二维材料的参量，其中，所述目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，所述参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；

在所述二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的所述待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组所述目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；

通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向。

进一步的，当所述目标偏振模式为平行偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，包括：

通过任意应变状态下的第一应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示所述第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，ε₁、ε₂和θ共同表示所述应变状态，所述第一主应变不小于所述第二主应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，a_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

进一步的，当所述目标偏振模式为平行偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，还包括：

通过任意应变状态下的第二应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿所述晶体坐标系的Y轴方向的正应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，γ表示切应变，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，b_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

进一步的，当所述目标偏振模式为垂直偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，包括：

通过任意应变状态下的第三应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示所述第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，ε₁、ε₂和θ共同表示所述应变状态，所述第一主应变不小于所述第二主应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，a_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

进一步的，当所述目标偏振模式为垂直偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，还包括：

通过任意应变状态下的第四应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿所述晶体坐标系的Y轴方向的正应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，γ表示切应变，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，b_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

进一步的，所述待测二维材料的晶向为所述晶体坐标系的X轴方向与实验坐标系的X’轴方向的夹角，所述实验坐标系包括：所述二次谐波测量系统中的承载所述待测二维材料的位移台的x方向和所述位移台的y方向，所述位移台的x方向表示所述实验坐标系的X’轴方向，所述位移台的y方向表示所述实验坐标系的Y’轴方向，所述入射光偏振角度为入射光起偏方向在所述实验坐标系下与X’轴方向的夹角。

进一步的，所述待测二维材料为单层单晶结构，所述待测二维材料包括以下任一种：二硫化钼、硒化钼和硫化钨。

第二方面，本发明实施例还提供了一种应变物体的应变状态检测方法，包括：

将待测二维材料贴敷于待测应变物体上，其中，所述待测二维材料作为所述待测应变物体的应变传感材料；

根据第一方面中任一项所述的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法对所述待测二维材料的待测点的应变状态进行检测，实现对所述待测应变物体的应变状态的检测。

第三方面，本发明实施例还提供了一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置，包括：

标定单元，用于在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到所述待测二维材料的参量，其中，所述目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，所述参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；

采集单元，用于在所述二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的所述待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组所述目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；

计算单元，用于通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向。

在本发明实施例中，提供了一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法，包括：在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到待测二维材料的参量，其中，目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。通过上述描述可知，本发明的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法能够对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测，缓解了现有技术还无法对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的晶体坐标系和实验坐标系的示意图；

图3为本发明实施例提供的应变物体的应变状态检测方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法进行详细介绍。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是本发明实施例的一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到待测二维材料的参量，其中，目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；

在本发明实施例中，二次谐波测量系统具体可以包括：激光器、二向色镜和光谱仪组成的系统，其工作过程可以为：激光器发出的入射光照射待测二维材料，待测二维材料就会产生二次谐波信号，二次谐波信号再经过二向色镜被光谱仪接收，从光谱仪中可以得到二次谐波信号强度的大小和二次谐波信号的峰位(入射光与收集的二次谐波信号的光轴重合)。

上述平行偏振模式是指在实验坐标系下(下文中再对实验坐标系进行具体介绍)，入射光起偏方向e_i与收集的二次谐波信号检偏方向e_j、e_k平行(这里的e_j、e_k方向相同)；上述垂直偏振模式是指在实验坐标系下，入射光起偏方向e_i(也称为入射光偏振方向)与收集的二次谐波信号检偏方向e_j、e_k(也称为二次谐波信号偏振方向)垂直(这里的e_j、e_k方向相同)。

具体的，在进行标定时，可以先采用无应变状态对待测二维材料进行标定，从而得到无应变状态下的非线性光学极化率；再采用已知应变状态(例如，单轴拉伸)对待测二维材料进行标定，从而得到光弹性张量的非零参量，即在已知应变状态下对待测二维材料的应变状态进行测量，从而得到待测二维材料的参量。

步骤S104，在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；

具体的，在进行实验时，任意应变状态下的待测二维材料可以通过加载架给待测二维材料施加力，使待测二维材料处于任意应变状态下。上述待测点可以为待测二维材料上的任意一个点，可以根据待测二维材料进行按需设定。

在进行检测时，改变入射光的偏振方向，每改变一次入射光的偏振方向(通过半波片实现)，对待测二维材料的待测点进行测量，获取待测点在不同偏振角度下产生的二次谐波信号强度。具体的，可以以一定的角度转动入射光的偏振方向，以360度为一个周期(可以为0度、60度、120度、180度、240度等)，对待测点进行多偏振方向下的二次谐波强度测量，获取待测点周期性的二次谐波强度。

步骤S106，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。

本发明的二次谐波测量系统能够测量待测二维材料一微米尺度测点的应变状态，也就是说本发明的二次谐波测量系统检测的待测点的应变状态实际是一微米尺度待测点的应变状态，但是，待测二维材料的尺度一般都比一微米的尺度大，所以可以采用扫描方式测得待测二维材料面内所有待测点的应变状态，即微区域内各应变分量的全场分布，从而解决难以实现的微米尺度测点的应变分量测量，实现了待测二维材料的平面内应变分量的测量。

下文中再对该过程进行详细介绍，在此不再赘述。

在本发明实施例中，提供了一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法，包括：在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到待测二维材料的参量，其中，目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。通过上述描述可知，本发明的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法能够对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测，缓解了现有技术还无法对任意应变状态下二维材料的应变状态进行检测的技术问题。

在本发明的一个可选实施例中，多组目标数据对中存在一组入射光偏振角度为0、与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的数据对。

在本发明的一个可选实施例中，当目标偏振模式为平行偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，具体包括：

通过任意应变状态下的第一应变状态计算算式：

对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向，其中，

ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，ε₁、ε₂和θ共同表示应变状态，第一主应变不小于第二主应变，晶体坐标系包括：待测二维材料的扶手椅方向和待测二维材料的锯齿形方向，扶手椅方向表示晶体坐标系的X轴方向，锯齿形方向表示晶体坐标系的Y轴方向，

表示待测二维材料的晶向，χ₀表示无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，a_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

具体的，如图2所示，待测二维材料的晶向为晶体坐标系的X轴方向与实验坐标系的X’轴方向的夹角，实验坐标系包括：二次谐波测量系统中的承载待测二维材料的位移台的x方向(例如，可以为位移台右移的方向)和位移台的y方向(例如，可以为位移台上移的方向)，位移台的x方向表示实验坐标系的X’轴方向，位移台的y方向表示实验坐标系的Y’轴方向，入射光偏振角度为入射光起偏方向(也称为入射光偏振方向)在实验坐标系下与X’轴方向的夹角。

下面对上述任意应变状态下的第一应变状态计算算式的得出过程进行说明：

在平行偏振模式下，二次谐波强度与第一主应变、第二主应变之间的关系为：

其中，χ₀表示无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示光弹性张量的非零参量，ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，

表示待测二维材料的晶向，φ表示入射光偏振角度，

表示主应变状态下φ对应的二次谐波信号强度。

上述二次谐波强度与第一主应变、第二主应变之间的关系可以转换为：

其中，

上述

中包含四个未知量，ε₁、ε₂、θ和

通过控制偏振角度φ可以得到四个不同的二次谐波信号强度I_||(φ)，并用于联立方程组求解上述四个未知量，即：

在进行计算时，通过二次谐波信号强度比将二次谐波信号强度进行归一化处理，以偏振角度为0时的二次谐波信号强度为基准，以其中一组数据为例：

最终整理就得到了：

对应的，便能得到上述任意应变状态下的第一应变状态计算算式，对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算时，将多组目标数据对和待测二维材料的参量代入上述任意应变状态下的第一应变状态计算算式中，联立得到四个方程组，就能求解得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。

在本发明的一个可选实施例中，当目标偏振模式为平行偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，还包括：

通过任意应变状态下的第二应变状态计算算式：

对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向，其中，

ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿晶体坐标系的Y轴方向的正应变，晶体坐标系包括：待测二维材料的扶手椅方向和待测二维材料的锯齿形方向，扶手椅方向表示晶体坐标系的X轴方向，锯齿形方向表示晶体坐标系的Y轴方向，γ表示切应变，

表示待测二维材料的晶向，χ₀表示无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，b_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

具体的，如图2所示，待测二维材料的晶向为晶体坐标系的X轴方向与实验坐标系的X’轴方向的夹角，实验坐标系包括：二次谐波测量系统中的承载待测二维材料的位移台的x方向(例如，可以为位移台右移的方向)和位移台的y方向(例如，可以为位移台上移的方向)，位移台的x方向表示实验坐标系的X’轴方向，位移台的y方向表示实验坐标系的Y’轴方向，入射光偏振角度为入射光起偏方向(也称为入射光偏振方向)在实验坐标系下与X’轴方向的夹角。

下面对上述任意应变状态下的第二应变状态计算算式的得出过程进行说明：

在平行偏振模式下，二次谐波强度与任意应变状态中正应变和切应变之间的关系为：

其中，χ₀表示无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示光弹性张量的非零参量，ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿晶体坐标系的Y轴方向的正应变，γ表示切应变，

表示待测二维材料的晶向，φ表示入射光偏振角度，

表示任意应变状态下φ对应的二次谐波信号强度。

上述二次谐波强度与任意应变状态中正应变和切应变之间的关系可以转换为：

其中，

上述

中包含四个未知量，ε_x、ε_y、γ和

通过控制偏振角度φ可以得到四个不同的二次谐波信号强度I_||(φ)，并用于联立方程组求解上述四个未知量(这里不再示出)。

在进行计算时，通过二次谐波信号强度比将二次谐波信号强度进行归一化处理，以偏振角度为0时的二次谐波信号强度为基准，以其中一组数据为例：

最终整理就得到了：

对应的，便能得到上述任意应变状态下的第二应变状态计算算式，对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算时，将多组目标数据对和待测二维材料的参量代入上述任意应变状态下的第二应变状态计算算式中，联立得到四个方程组，就能求解得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。

在本发明的一个可选实施例中，当目标偏振模式为垂直偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，包括：

通过任意应变状态下的第三应变状态计算算式：

对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向，其中，

ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，ε₁、ε₂和θ共同表示应变状态，第一主应变不小于第二主应变，晶体坐标系包括：待测二维材料的扶手椅方向和待测二维材料的锯齿形方向，扶手椅方向表示晶体坐标系的X轴方向，锯齿形方向表示晶体坐标系的Y轴方向，

表示待测二维材料的晶向，χ₀表示无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，a_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

该过程与上述平行偏振模式中第一应变状态计算算式的具体内容相似(由于垂直偏振模式和平行偏振模式之间相差90度，所以，只是在平行偏振模式下的算式中存在φ角度的位置加90度)，在此不再展开叙述。

在本发明的一个可选实施例中，当目标偏振模式为垂直偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，还包括：

通过任意应变状态下的第四应变状态计算算式：

对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向，其中，

ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿晶体坐标系的Y轴方向的正应变，晶体坐标系包括：待测二维材料的扶手椅方向和待测二维材料的锯齿形方向，扶手椅方向表示晶体坐标系的X轴方向，锯齿形方向表示晶体坐标系的Y轴方向，γ表示切应变，

表示待测二维材料的晶向，χ₀表示无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，b_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

该过程与上述平行偏振模式中第二应变状态计算算式的具体内容相似(由于垂直偏振模式和平行偏振模式之间相差90度，所以，只是在平行偏振模式下的算式中存在φ角度的位置加90度)，在此不再展开叙述。

在本发明的一个可选实施例中，待测二维材料为单层单晶结构，待测二维材料包括以下任一种：二硫化钼、硒化钼和硫化钨。

本发明的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法基于非线性光学效应，以二次谐波技术为测量手段，实现待测二维材料任意应变状态及其各分量大小的无损检测，适合微纳尺度待测二维材料面内应变分量的精确解耦测量。

实施例二：

根据本发明实施例，提供了一种应变物体的应变状态检测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图3是本发明实施例的一种应变物体的应变状态检测方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S302，将待测二维材料贴敷于待测应变物体上，其中，待测二维材料作为待测应变物体的应变传感材料；

步骤S304，根据实施例一中的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法对待测二维材料的待测点的应变状态进行检测，实现对待测应变物体的应变状态的检测。

该实施例二中的具体内容可参考上述实施例一中的相关描述，本发明实施例在此不再赘述。

该应变物体的应变状态检测方法将待测二维材料直接作为传感介质或将其与柔性基底相结合做成传感装置，使其与待测应变物体共同变形，并以二次谐波技术为测量手段，可提供应变传感方法，适用于应变测量与计算解耦工作，实现柔性材料和结构面内应变分量的解耦分析。

实施例三：

本发明实施例还提供了一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置，该任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法，以下对本发明实施例提供的任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置做具体介绍。

图4是根据本发明实施例的一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置的示意图，如图4所示，该任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置主要包括：标定单元10、采集单元20和计算单元30，其中：

标定单元，用于在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到待测二维材料的参量，其中，目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；

采集单元，用于在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；

计算单元，用于通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组目标数据对和待测二维材料的参量进行计算，得到待测二维材料的待测点的应变状态和待测二维材料的晶向。

本发明实施例所提供的任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例一中的方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法，其特征在于，包括：

在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到所述待测二维材料的参量，其中，所述目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，所述参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；

在所述二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的所述待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组所述目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；

通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述目标偏振模式为平行偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，包括：

通过任意应变状态下的第一应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示所述第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，ε₁、ε₂和θ共同表示所述应变状态，所述第一主应变不小于所述第二主应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，a_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述目标偏振模式为平行偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，还包括：

通过任意应变状态下的第二应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿所述晶体坐标系的Y轴方向的正应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，γ表示切应变，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，b_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述目标偏振模式为垂直偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，包括：

通过任意应变状态下的第三应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε₁表示第一主应变，ε₂表示第二主应变，θ表示所述第一主应变的方向与晶体坐标系的扶手椅方向的夹角，ε₁、ε₂和θ共同表示所述应变状态，所述第一主应变不小于所述第二主应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，a_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述目标偏振模式为垂直偏振模式时，通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，还包括：

通过任意应变状态下的第四应变状态计算算式：

对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向，其中，

ε_x表示沿晶体坐标系的X轴方向的正应变，ε_y表示沿所述晶体坐标系的Y轴方向的正应变，所述晶体坐标系包括：所述待测二维材料的扶手椅方向和所述待测二维材料的锯齿形方向，所述扶手椅方向表示所述晶体坐标系的X轴方向，所述锯齿形方向表示所述晶体坐标系的Y轴方向，γ表示切应变，

表示所述待测二维材料的晶向，χ₀表示所述无应变状态下的非线性光学极化率，p₁、p₂表示所述光弹性张量的非零参量，φ_i表示多组所述目标数据对中的第i个非零的入射光偏振角度，b_i表示φ_i对应的二次谐波信号强度与0的入射光偏振角度对应的二次谐波信号强度的比值的开方，i分别取1，2，3，4。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述待测二维材料的晶向为所述晶体坐标系的X轴方向与实验坐标系的X’轴方向的夹角，所述实验坐标系包括：所述二次谐波测量系统中的承载所述待测二维材料的位移台的x方向和所述位移台的y方向，所述位移台的x方向表示所述实验坐标系的X’轴方向，所述位移台的y方向表示所述实验坐标系的Y’轴方向，所述入射光偏振角度为入射光起偏方向在所述实验坐标系下与X’轴方向的夹角。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测二维材料为单层单晶结构，所述待测二维材料包括以下任一种：二硫化钼、硒化钼和硫化钨。

8.一种应变物体的应变状态检测方法，其特征在于，包括：

将待测二维材料贴敷于待测应变物体上，其中，所述待测二维材料作为所述待测应变物体的应变传感材料；

根据权利要求1至7中任一项所述的任意应变状态下二维材料的应变状态检测方法对所述待测二维材料的待测点的应变状态进行检测，实现对所述待测应变物体的应变状态的检测。

9.一种任意应变状态下二维材料的应变状态检测装置，其特征在于，包括：

标定单元，用于在二次谐波测量系统目标偏振模式下，采用已知应变状态对待测二维材料进行标定，得到所述待测二维材料的参量，其中，所述目标偏振模式包括以下任一种：平行偏振模式和垂直偏振模式，所述参量包括：无应变状态下的非线性光学极化率和光弹性张量的非零参量；

采集单元，用于在所述二次谐波测量系统目标偏振模式下，采集不同偏振角度的入射光对任意应变状态下的所述待测二维材料的待测点进行照射所产生的二次谐波信号强度，得到多组目标数据对，其中，每组所述目标数据对为入射光偏振角度与二次谐波信号强度构成的数据对；

计算单元，用于通过任意应变状态下的应变状态计算算式对多组所述目标数据对和所述待测二维材料的参量进行计算，得到所述待测二维材料的待测点的应变状态和所述待测二维材料的晶向。

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