硅和锗纳米线的原子排布和电荷分布的密度泛函紧束缚方法研究

低维硅锗材料是制备纳米电子器件的重要候选材料，是研发高效率、低能耗和超高速新一代纳米电子器件的基础材料之一，有着潜在的应用价值。采用密度泛函紧束缚方法分别对厚度相同、宽度在0.272 nm~0.554 nm之间的硅纳米线和宽度在0.283 nm~0.567 nm之间的锗纳米线的原子排布和电荷分布进行了计算研究。硅、锗纳米线宽度的改变使原子排布，纳米线的原子间键长和键角发生明显改变。纳米线表层结构的改变对各层内的电荷分布产生重要影响。纳米线中各原子的电荷转移量与该原子在表层内的位置相关。纳米线的尺寸和表层内原子排列结构对体系的稳定性产生重要影响。     

利用1H NMR探究混合离子型/非离子型表面活性剂临界胶束浓度降低的实质

利用¹H NMR技术研究了离子/非离子表面活性剂形成的二元混合体系，结果显示表面活性剂的混合导致各组分的临界胶束浓度（CMC）均比各自纯溶液有所降低，用吸附平衡理论清楚地解释了这个现象.通过定量分析，发现不同的表面活性剂混合使得其组分CMC降低的程度各异，可以理解为它们吸附于界面单分子吸附层上的分子之间相互作用的不同（相吸或相斥）引起的.由此揭示了"协同效应"的实质，可以为选择适当的表面活性剂类型和混合比例以达到预期的性能提供有力的参考.     

基于Christopherson迭代的超精密加工流场分析方法

随着特种超精密加工技术的发展，复杂流体被越来越多地用于超精密加工工艺中。超精密加工流场分析具有几何特征复杂、流体本构特性多样、流体边界为自有边界等特点，传统流体数值分析方法难以实现可靠分析。从流体的一般特性出发，将D. G. Christopherson提出的非负二阶偏微分系统的超松弛迭代方法用于超精密加工流场分析，建立了适应性与可靠性兼顾的流场分析方法。以磁流变抛光为例，开展了抛光区域压力场数值计算，结果表明所得压力分布形态正确，且分布从x轴正半轴延伸到负半轴，与郑立功等人的实验测定结果一致。另外，基于Kistler力传感器对磁流变抛光过程的法向压力在0.1~0.3 mm浸深段进行了在位测量，发现计算与实验结果偏差均小于20%。表明了该方法的有效性与准确性。     

用于MiniLED背光模组的亮度增强薄膜设计与制备

传统的两层棱镜膜对于MiniLED背光的增亮效果不明显，因此设计了一种微结构薄膜来代替两层棱镜膜。首先，根据MiniLED背光的配光曲线及尺寸，对微结构进行分段设计。将与MiniLED芯片等宽区域设定为顶角90°的棱柱结构，对2个MiniLED芯片之间的区域，将MiniLED芯片作为扩展光源，芯片2个端点发出的光束到达微结构底面会形成一个夹角，将夹角的角平分线处光线准直到轴向方向，结合Snell定律进行计算，得到棱柱微结构倾角。然后，通过LightTools仿真软件对单个微结构及微结构阵列分别进行了建模和仿真，仿真结果表明:加微结构薄膜后的轴向视角亮度相比于加两层棱镜膜提升了31.3%。最后，通过无掩模光刻设备对设计的微结构薄膜进行加工制备，并对样片进行测试。实测结果表明:加微结构薄膜后的轴向视角亮度相较于加两层棱镜膜提升了25.7%。实现了针对MiniLED背光模组的亮度增强设计。     

零泊松比手风琴蜂窝等效模量

柔性蒙皮是变形机翼和风力机叶片的关键组成部分。一维变形的柔性蒙皮不仅要求其支撑结构具有良好的面内变形和面外承载能力，还需要具有零泊松比特性。手风琴蜂窝具有零泊松比特性，可用作一维变形柔性蒙皮支撑。为全面分析其面内外弹性变形特性，综合考虑结构的内力弯矩、轴力和剪力，通过卡氏第二定理对其x向等效弹性模量和x-y面内等效剪切模量进行了推导；利用最小余能原理和最小势能原理确定了x-z面内的等效剪切模量；此外还推导了其y和z向的等效弹性模量以及y-z面内的等效剪切模量；然后通过ANSYS有限元仿真对等效模量理论公式进行了验证；最后将本文理论模型与现有模型进行了比较。结果表明，理论公式和有限元仿真吻合较好，在结构设计时采用较大的斜梁高度系数h和斜梁间距系数g，较小的厚度系数t以及较大的竖直梁厚度系数η，有望获得具有较小面内刚度和较大面外刚度的手风琴蜂窝结构。该结果可用于手风琴蜂窝面内外等效模量的快速预测，为一维变形柔性蒙皮的结构设计提供相应的参考。此外，本文理论模型相比传统模型更为精确且具有更加广泛的应用范围。     

荷载作用下多孔饱和地基的热-水-力耦合动力响应分析

基于广义热弹性理论，结合达西定律，对Biot波动方程进行修正，研究了一个受到荷载作用的多孔饱和地基的热-水-力多场耦合动态响应问题。建立了多孔饱和地基在荷载作用下的热-水-力耦合模型及控制方程，该模型可退化为热弹性耦合模型。采用正则模态法求解，得到了问题的解析解，讨论了热-水-力耦合模型和热弹性耦合模型的区别，分析了荷载频率变化对地基中各物理量的影响。最终给出了无量纲的竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度等物理量的分布规律。     

超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真分析

为了探究超声搅拌磁流变抛光液的制备及优化工艺,利用多物理场数值计算方法,建立了超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真模型,并进行了频域分析。研究了不同液位深度、超声变幅杆探入深度,不同功率下磁流变抛光液的声场分布。通过测量磁流变抛光液的声场强度对声场仿真进行了验证。结果表明：随着距变幅杆距离的增加,声强逐渐减弱,高声强区域主要分布在换能器轴线附近。声强在距变幅杆20mm范围内急剧衰减,变幅杆最佳探入深度为10mm,增大功率有助于空化区域的扩大。声场仿真结果与实验测量结果基本一致,对磁流变抛光液的制备提供了数值计算基础。     

温度对介电弹性体材料力电耦合变形的影响（固体力学大会文章）

介电弹性体（Dielectric elastomer，简称DE）材料是一类在电场激励下可以产生大幅度尺寸或形状变化的新型柔性功能材料。DE材料具有非常宽的温度应用范围，这种宽的温度工作范围和快速大变形性能为各种柔性致动器结构提供了良好的基础，但作为一种粘弹性高分子材料，温度对其性能的影响也是非常明显的。然而到目前为止，所有关于DE材料驱动性能的研究仅局限于室温条件下，温度变化对DE材料力电耦合稳定性的影响几乎没有相关报道。基于此，通过实验研究了温度对最常用的DE材料（VHB 4910，3M）力电耦合变形的影响，结果表明：升高温度可以提高DE材料的力电耦合变形；温度越高，DE材料越容易发生力电耦合失效。然后，从热力学和粘弹性力学出发，建立了考虑温度影响后的DE材料的粘弹性力电耦合模型，数值模拟理论结果和实验结果非常吻合。     

一种新型介电弹性体仿生可调焦透镜的变焦分析

介电弹性体 (dielectric elastomer) 是电活性聚合物智能材料的一种,在外加电场作用下,可产生多种形式的响应.在驱动柔性透镜的变焦方面,相对于传统的机械操控变焦方法 显示出独特的优势.针对一款在电压激励下可高效调节焦距的介电弹性体仿人眼变焦透镜,该透镜由上下两层介电弹性薄膜和固定框架构成,并在封闭腔内充入盐水,上层薄膜涂覆环形柔性电极.在电压激励下,上层膜发生变形,由于盐水的体积保持恒定,引 起下层膜随之变形,使得透镜的焦距发生改变.采用 neo-Hookean 模型,利用变分原理导出了该透镜的控制方程、边界条件和连 续条件.利用打靶法求解了该非线性问题并高效地处理了非线性问题的界面连续条件. 理论分析结果与实验结果相吻合. 利用此模型开展了广泛的参数分析,研究表明,透镜的几何形状、初始焦距、介电弹性体薄膜的预拉伸率、涂覆的电极面积、材料的剪切模量等对透镜焦距的调节性能都有重要的影响.所建立的理论分析模型可为柔性仿生透镜的设计和参数优化提供有效的分析方法.