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微/纳领域科学技术发展迅速，迫切需要开展微/纳米力学测试新技术以及多尺度相关联的实验力学分析方法的研究。将微拉曼光谱法作为一种新的微尺度力学测试手段应用于材料力学实验研究，在测量基础理论与分析方法方面还有很多工作有待于开展。本文针对碳纳米管（CNT）材料力学性能的多尺度实验分析与拉曼测试技术，以及多孔硅材料的拉曼应力测量理论与应用展开了研究。本文首先将宏观力学拉伸实验、显微形貌观测、微光谱探测实验技术结合，构建了一个多尺度的实验测量系统，实现了CNT复合材料力学行为的多尺度实验研究。其中，微观上通过微拉曼光谱，探测材料晶格结构的力学响应，细观上通过扫描电镜观测材料的细观结构变形，宏观上测量材料的应力和应变，设计并研制了与微拉曼光谱仪配套的微拉伸加载装置，将不同尺度的实验通过同步在线的测量方式进行关联，能够实现对具有多级结构的CNT复合材料力学性能的精细实验研究。本文利用上述多尺度实验测量系统，研究了CNT纤维和薄膜材料的力学性能及其细微观机理。测量了CNT纤维在拉伸加载直至损伤断裂和循环加载过程中的力学行为，分析了“纤维－束&丝－CNT”各级尺度结构的载荷响应，并在实验分析的基础上，建立了可用于表征纤维宏观力学性能的本构关系式。该研究揭示了影响CNT纤维强韧度力学性能的细微观机理，为改进CNT宏观材料的制备工艺、提高其力学性能提供了依据。测量了三个不同方向载荷作用下CNT薄膜材料各尺度结构的变形响应，提出了薄膜的细观碳管束粘接基元网格模型，初步探讨了薄膜力学性能及破坏方式的各向异性性质。针对多孔硅薄膜材料残余应力测量中的问题，本文进一步研究了多孔硅材料的拉曼力学测量理论，建立了多孔硅材料的横观各向同性力学模型，推导了多孔硅的拉曼频移－应力理论表达式，并分别采用纳米压痕方法和数字散斑相关方法测定了多孔硅的弹性模量和泊松比，从而确定了多孔硅材料的拉曼频移应力系数。利用所研究的测量理论，本文对多孔硅薄膜/单晶硅基底结构工艺残余应力沿厚度方向的分布进行了精细测量与分析。