针尖的化学物理力学研究

扫描探针显微镜的发明, 使人们了解纳米、分子和原子尺度的超微结构, 探测原子、分子间的力、电、磁及其复杂的物理和化学性质, 以及进行单原子、单分子操纵 成为现实. 本文从探针技术与表面化学物理力学耦合的角度出发, 首先对针尖的化学物理力 学研究领域进行了概述, 接着介绍了针尖的几种重要的化学修饰方法, 包括金属薄膜、自组 装单分子膜、胶体粒子及碳纳米管修饰; 然后以理论与实验结合的方式介绍了几个研究活跃 的领域: 表面力及分子间力(主要包括Van der Waals力, 双电层力, 憎水亲合力, Casimir力和单键力等)的理论描述与测量, 针尖的化 学物理力学在化学力滴定和表面化学识别等研究中的应用. 讨论了针尖与基底材料对测量力 的影响. 而这些复杂的原子、分子相互作用和物理、化学、力学及生物特性的实现均发生于 小小针尖上, 由此我们提出了``针尖力学'的概念. 并且指出多场(如电场、磁场、超声、 微波等)作用下, 针尖的化学物理力学研究将成为力学交叉学科研究的重点和热点.     

基于光学和探针技术的微纳米固体实验力学研究进展

本文综述了近期微纳米固体实验力学在检测技术和设备平台方面的进展,尤其是基于光学和扫描探针平台的实验技术、方法和相关应用.探讨了不同检测技术的优势以及局限性,涉及微纳米实验力学检测中夹持、加载以及微力与微变形的检测与识别.通过相关的研究事例,介绍巧妙、创新的检测技术和系统在微纳米实验中的重要性,以及微尺度检测中所特有的检测系统与检测对象间的耦合关联等特点.     

扫描探针声学显微技术研究进展

纳米科技的快速发展迫切需要对材料小尺度下的力学性能进行定量化测试与表征.将声学和原子力显微镜相结合的扫描探针声学显微技术(Atomic Force Acoustic Microscopy,AFAM)是近年来发展的一项定量化纳米力学测试方法,具有高分辨和无损的优势.论文围绕AFAM这一测试技术,首先详细论述了AFAM弹性力学性能和粘弹性力学性能定量化测试的基本原理以及两种成像模式;随后对AFAM方法研究相关的进展进行了分析和归纳;接着对AFAM在纤维增强复合材料、智能材料、生物材料、纳米材料和薄膜中的应用进展进行了综述;最后对AFAM进行了总结和展望.     

探针实验力学

扫描探针显微系统的发明,使人们通过探针获得了原子级的微观结构,而近年的研究更是将探针技术应用于各种相互作用的检测和分析之中.一个以探针为检测平台的新的检测技术和系统已日益凸显并引起广泛关注.本文提出探针实验力学这一新概念,并以探针为主题介绍其在微纳尺度材料和结构的力学性能检测中的相关技术和典型应用.涉及探针检测系统及其标定、探针检测中的夹持和加载、探针和试样表面的相互作用、探针微力传感器等.     

探针实验力学

扫描探针显微系统的发明，使人们通过探针获得了原子级的微观结构，而近年的研究更是将探针技术应用于各种相互作用的检测和分析之中。一个以探针为检测平台的新的检测技术和系统已日益凸显并引起广泛关注。本文提出探针实验力学这一新概念，并以探针为主题介绍其在微纳尺度材料和结构的力学性能检测中的相关技术和典型应用。涉及探针检测系统及其标定、探针检测中的夹持和加栽、探针和试样表面的相互作用、探针微力传感器等。     

低维碳和氮化硼材料的物理力学研究进展

碳纳米管、石墨烯和六方氮化硼等低维材料具有优异的力学和电学性质,已经引起广泛的科学兴趣.然而由电荷、分子轨道、电子结构和自旋态构成的低维材料的局域场与力学变形、机械运动和物理化学环境等外场间往往存在强烈耦合,这导致低维材料会呈现出新颖独特的物理力学性能.论文对近年来碳纳米管、石墨烯和六方氮化硼等低维材料的力学性能、力电耦合与器件原理、表面和界面结构性能调控、层间相互作用、能量耗散和摩擦等物理力学方面的研究进展进行了简要综述,并讨论了利用低维材料多场耦合特性和结构性能关联发展新型功能器件的方法和途径,以及纳米力学和纳尺度物理力学的前沿和发展趋势.     

脉冲放电止裂后裂尖处纳米尺度下的力学性能测试

应用扫描探针显微镜SPM(scanning Probe Microscopy)，对经过脉冲放电止裂后的40Cr模具钢裂尖处的组织进行了纳米尺度下的力学性能测试。测试结果表明：脉冲放电不仅使裂纹尖端钝化，同时使围绕裂尖处组织的细观硬度和细观杨氏弹性模量得到了提高，与宏观观测和分析规律相符，纳米尺度下微观力学性能测试结果为脉冲放电裂纹止裂技术的工程应用提供了微观尺度下的证据。     

中国力学学会2005年国际、国内学术活动计划

序号}会议名称 学术内容及议题1.纳米多晶材料的力学性能2.纳米单层和多层膜的超强和超韧性能3.碳纳米管、纳米带、纳米线、纳米棒等的 力学特性4.围绕纳米结构材料的实验技术和实验测量 方法以及反分析方法5.生物材料的纳米尺度力学6.纳米结构材料在微电子机械系统和微器件 中的应用7.纳米结构材料的微尺度力学的模型和模拟时间}人数}地点}主席,联系人IU汪,AMSymposium onMeehaniealBehaVior&Miero一Meehallies ofNanostrueturedMaterials6月27、30日50}北京主席:白以龙联系人:魏悦广北京中关村中科院力学所,100050电话:010一62648721…     

中国力学学会2005年国际、国内学术活动计划

序号}会议名称 时间 人数}地点}主 人 京一南 北一湖 IU压,AM SvmDosium on 上们eCnan1Cal Behavior女 Miero一 Meehanies of Nanostruetured Materials 学术内容及议题 1.纳米多晶材料的力学性能 2.纳米单层和多层膜的超强和超韧性能 3.碳纳米管、纳米带、纳米线、纳米棒等的 力学特性 4.围绕纳米结构材料的实验技术和实验测量 方法以及反分析方法 5.生物材料的纳米尺度力学 6.纳米结构材料在微电子机械系统和微器件 中的应用 7.纳米结构材料的微尺度力学的模型和模拟 6月 27、30日 主席:白以龙 联系人:魏悦广 北京中关村中科院 力学…     

利用 AFM 机械刻蚀技术在OTS自组装单分子膜表面制备纳米图案及其力学性能研究

在羟基化Si(111)表面制备十八烷基三氯硅烷(OTS)自组装单分子膜,利用AFM机械刻蚀技术,通过自编程序设计针尖走向,以金刚石针尖作为加工工具,在OTS自组装单分子膜的Si(111)表面刻蚀不同结构的纳米图案,通过预设针尖移动距离和扫描头Z向位移等参数控制纳米结构的大小和深度.结果表明:利用原子力显微镜(AFM)机械刻蚀技术在OTS自组装单分子膜的Si(111)表面加工出大小、深度可控的纳米图案,其中载荷与加工深度基本呈线性关系;所获得的纳米图案结构清晰,刻蚀试验的重复性较好;经过刻蚀后的图案化区域为裸露的SiO2/Si表面,与OTS覆盖区域相比其摩擦力和粘附力较大,其表面性质具有明显的可分辨性.     

位错动力学方法在辐照损伤力学中的应用

核能是人类最理想的清洁能源之一,在世界能源结构中发挥着巨大作用。核裂变或核聚变导致的辐照环境会引起材料的辐照损伤,进而显著影响材料的力学性能,造成辐照硬化、脆化、蠕变、肿胀等现象。无论是预测辐照材料的服役寿命,还是设计新型的抗辐照材料,都迫切需要建立强辐照环境下的塑性力学和损伤力学理论。分子动力学方法为理解辐照材料中的原子级相互作用机理提供了诸多有价值的信息,然而受限于时空尺度难以直接用于力学理论模型的建立。晶体塑性有限元方法可用于预测辐照材料的力学响应,但是往往需要基于已知的物理模型,并且拟合实验数据。位错动力学方法是联系纳米力学与连续介质力学的桥梁,是揭示大量微结构的累积相互作用机理,建立基于物理机制的塑性力学和损伤力学理论的强有力手段。位错动力学方法起源于上个世纪八十年代,起初主要用于研究位错间的短程和长程相互作用、计算位错运动引起的塑性变形、硬化、软化、变形局部化等。本文将展示三种耦合位错动力学和辐照损伤场的方法,并系统地综述研究者近年来使用该方法在理解辐照硬化、塑性变形局部化、晶界效应、温度效应、和发展多尺度耦合方法等方面取得的进展。     

半导体量子点结构的特性及力学研究进展

量子点结构具有独特而优异的光学和电学等性能, 是当前国际研究的热点问题之一. 量子点异质结构中的弹性场会对量子点结构的制备、加工及其光学和电学等物理性能产生重 要影响. 本文以此为背景, 从低维量子限制系统所遵循的量子力学规律及其特点、半导体量 子点的物理性能及表征、半导体量子点制备技术等方面较为全面地介绍半导体量子点结构的 研究进展, 并着重介绍在半导体量子点结构的力学研究方面以及力学性能与物理性能耦合研 究等方面的一些研究结果.     

位错动力学方法在辐照损伤力学中的应用

核能是人类最理想的清洁能源之一，在世界能源结构中发挥着巨大作用。核裂变或核聚变导致的辐照环境会引起材料的辐照损伤，进而显著影响材料的力学性能，造成辐照硬化、脆化、蠕变、肿胀等现象。无论是预测辐照材料的服役寿命，还是设计新型的抗辐照材料，都迫切需要建立强辐照环境下的塑性力学和损伤力学理论。分子动力学方法为理解辐照材料中的原子级相互作用机理提供了诸多有价值的信息，然而受限于时空尺度难以直接用于力学理论模型的建立。晶体塑性有限元方法可用于预测辐照材料的力学响应，但是往往需要基于已知的物理模型，并且拟合实验数据。位错动力学方法是联系纳米力学与连续介质力学的桥梁，是揭示大量微结构的累积相互作用机理，建立基于物理机制的塑性力学和损伤力学理论的强有力手段。位错动力学方法起源于上个世纪八十年代，起初主要用于研究位错间的短程和长程相互作用、计算位错运动引起的塑性变形、硬化、软化、变形局部化等。本文将展示三种耦合位错动力学和辐照损伤场的方法，并系统地综述研究者近年来使用该方法在理解辐照硬化、塑性变形局部化、晶界效应、温度效应、和发展多尺度耦合方法等方面取得的进展。     

Nonlinear multiscale modeling of polymer materials

In this study, a hyperelastic multiscale modeling technique is used to predict elastic properties of polycarbonate and polyimide polymer systems using a set of widely accepted atomistic force fields. The model incorporates molecular simulations and a nonlinear, continuum mechanics-based, constitutive formulation that incorporates the behavior of the polymer materials as predicted from molecular simulations. The predicted properties of the polymers using multiple force fields are compared to experimentally measured values. Both static and dynamic molecular simulations are performed using molecular mechanics energy minimizations and molecular dynamics simulation techniques, respectively. The results of this study indicate that static molecular simulation is a useful tool to predict the bulk-level nonlinear mechanical behavior of polymers for finite deformations. It is found that the AMBER force field yields the most accurate predicted mechanical and physical properties of the modeled polymer systems compared to the other force fields used in this study.     

STRENGTH, PLASTICITY, INTERLAYER INTERACTIONS AND PHASE TRANSITION OF LOW-DIMENSIONAL NANOMATERIALS UNDER MULTIPLE FIELDS

Atoms are hold together to form different materials and devices through short range interactions such as chemical bonds and long range interactions such as the van der Waals force and electromagnetic i...     

Trans-scale mechanics： looking for the missing links between continuum and micro/nanoscopic reality

Problems involving coupled multiple space and time scales offer a real challenge for conventional frame-works of either particle or continuum mechanics. In this paper, four cases studies （shear band formation in bulk metallic glasses, spallation resulting from stress wave, interaction between a probe tip and sample, the simulation of nanoindentation with molecular statistical thermodynamics） are provided to illustrate the three levels of trans-scale problems （problems due to various physical mechanisms at macro-level, problems due to micro-structural evolution at macro/micro-level, problems due to the coupling of atoms/ molecules and a finite size body at micro/nano-level） and their formulations. Accordingly, non-equilibrium statistical mechanics, coupled trans-scale equations and simultaneous solutions, and trans-scale algorithms based on atomic/molecular interaction are suggested as the three possible modes of trans-scale mechanics.     

关于极端力学

随着前沿科学和新技术不断发展,工程材料与结构的超常规尺度、密度、硬度、刚度等性能以及在超常规温度、速度、场强和恶劣天气等极端服役环境中的力学响应规律,需要力学提供更为有效的理论和方法. 本报告从极端力学的基本定义和科学内涵出发,结合重大工程问题和大科学问题,从极端性能、极端载荷、学科发展等三个方面系统介绍了极端力学的研究现状,并总结了极端力学的特点及其对力学理论、计算方法和实验技术的挑战,最后对极端力学未来的发展进行了展望.