相对湿度对材料表面粘附力影响的研究

利用自制微摩擦及粘附力测试装置考察了在微载荷条件下,相对湿度对Si(100)材料表面粘附力的影响,分析了在大气环境中水分子的毛细作用力和范德华力对粘附力的贡献,并以BET吸附模型为基础推导出考虑湿度影响的粘附力计算公式.结果表明:在微载荷条件下,相对湿度对材料表面的粘附力影响十分显著,随着相对湿度升高粘附力增加,特别是相对湿度RH在40%～80%之间时,粘附力变化最为显著;当相对湿度RH小于20%时,范德华力大于水的毛细作用力且占主导地位;当相对湿度RH大于20%后,水分子的毛细作用力不断增加,同时范德华力因水膜的存在而降低,水的毛细作用力占主导地位.     

工程粗糙表面粘着磨损的分形学研究

建立了分形接触模型,并在Ａｒｃｈａｒｄ粘着磨损理论基础上,结合磨损过程中剪切应力对实际接触表面的影响,建立了弹、塑性接触条件下的粘着磨损分形模型,通过试验得出了磨损体积损失与分形参数的关系,为降低磨损与加工成本及确定表面最佳分形维数提供了实验依据．     

表面力仪及固体表面微观接触机理的实验研究

利用以等色序条纹技术为核心的表面力仪,使２个分子级光滑的圆柱状云母表面在一定载荷下接触,测量其接触区尺寸和接触表面和变形情况。在两表面间使用不同介质以进行有粘着接触和无粘着接触２种条件下的实验,并将测量结果与Ｈｅｒｔｚ理论（无粘着接触）和ＪＫＲ理论（有粘着接触）进行对比。发现在无粘着接触条件下的试验结果与Ｈｅｒｔｚ理论相吻合;而在有粘着接触条件下则测量到了ＪＫＲ理论所预言的“颈缩”现象。     

表面力仪的改进及超薄膜流变特性的实验研究

在对原表面力仪进行较大改进的基础上 ,以 5 0 0 SN基础油和十六烷为研究对象 ,进行了超薄膜流变特性的实验研究 .结果表明 :在超薄膜润滑条件下 ,5 0 0 SN和十六烷均表现出明显的非牛顿剪切响应 ,即剪切稀释现象 ;摩擦力幅值随剪切速度的增大急剧上升到最大值 ,然后下降至某一固定值附近并产生波动 ;剪切挤压下的临界膜厚小于静态挤压的临界膜厚 ,剪切运动对吸附层有序结构产生破坏作用     

包含表面效应及Casimir力的纳米阵列弯曲变形分析

研究了包含表面效应及Casimir力的纳米阵列弯曲行为。通过表面能模型引入表面效应,基于Euler-Bernoulli梁模型,运用最小势能原理推导了控制纳米阵列弯曲变形的一组基本方程并进行了数值求解,主要计算分析了纳米梁根数N=7、N=20、N=50的纳米阵列。结果表明:在表面效应和Casimir力作用下,纳米阵列的弯曲变形量较小,不足以使纳米阵列相互粘附;与阵列始末两端的纳米梁变形相比,纳米阵列中间部分纳米梁的变形可忽略不计。因此,对于包含数量较多纳米梁的纳米阵列,仅需要关注阵列始末两端的纳米梁变形即可。本研究结果对纳米阵列及以纳米阵列为元件的纳米器件的设计和使用具有一定的指导意义。     

弹性屈曲临界力测试方法的理论及实验研究

本文研讨了测定弹性屈曲临界力值的一个静力法和一个动力法.对于前者,论证了Southwell 图解法的广泛适用性;后者的要点是分别测定荷载作用前后结构的自振频率并据之推算弹性屈曲临界力.     

分离判据及分离流线性状的研究

本文着眼于局部流场的性状,讨论了分离点附近速度的一阶、二阶近似展开性质,得出了不同近似程度下的分离判据.     

力-热耦合作用下钛膜的破坏行为实验研究

金属薄膜/聚合物基底(尤其是温度敏感型的聚合物)结构在外力和加热影响下的力学性能变化直接影响到器件的功能和使用寿命。通过光学显微镜原位观察钛膜/有机玻璃基底结构在力-热(20~44℃)耦合作用下的薄膜表、界面响应。在外部轴向压力作用下,薄膜会发生垂直于加载方向的屈曲。保持试件的加载端边界位移不变,对其进行加热,薄膜会出现垂直于屈曲方向的横向裂纹。通过分析发现薄膜产生横向裂纹的原因为:力-热耦合作用促使聚合物基底在非加载端方向的拉应变增大。在不同长度的薄膜裂纹段上,较长裂纹段中心部位上受到基底传递的拉应力较大,产生再次断裂的可能性较高。     

铁电陶瓷PZT53复杂力电耦合行为的实验研究

通过实验研究了平行和垂直于极化方向的正应力对铁电陶瓷锆钛酸铅(PZT53)的电滞回线(E3-P3)和电致应变曲线(E-ε)的影响. 实验发现平行于极化方向的压应力对PZT53陶瓷的电滞回线、电致应变曲线形状以及矫顽场大小都有明显的影响,但是垂直于极化方向的拉、压应力只对PZT53陶瓷的电致应变曲线形状有明显的影响,但对电滞回线形状和矫顽场大小都没有显著影响. 采用畴翻转的模型详细解释了观察到的实验现象,所得结果为建立铁电陶瓷的多轴力、电耦合本构模型,提供了物理基础.     

涂层表面粗糙性对流体噪声的影响

在铝合金回转体表面涂上一定粗糙度的低表面能涂层，涂层表面的不平度平均高度在６．３～１０．０μｍ时，涂层模型表面为光滑水力壁，这时表面粗糙所引起的那部分流噪声可忽略不计．在光滑（Ｒｚ＝３．２～６．３μｍ）的铝合金模型表面喷涂涂层后，涂层表面较粗糙（Ｒｚ＝１０．０～２０．０μｍ）时，同样在相应的频率范围内涂层模型仍有降噪的效果，而且对不同涂层材料其表面粗糙度对流噪声的影响也不相同．     

湿度对骨内压电信号的影响

对不同相对湿度下的骨压电电压和压电电荷信号进行测量研究,来考察湿度对骨压电信号的影响.采用三点弯曲干骨试样,以梯形脉冲载荷的方式进行加载,分别应用超高输入阻抗的生物信号放大器和电荷放大器测量了三种不同相对湿度下的骨压电电压和压电电荷信号波形.结果表明,骨压电电压峰值随湿度的增加而下降很快,当湿度从30%增至60%时,电压降幅达到了80%左右;基于测试原理的不同,骨压电电荷也随湿度的增加而下降,其降幅较小.由此可以推断,骨在体内湿润的状态下,受力变形时压电电压幅值可能趋于零.电荷的产生和瞬时泄放有可能是骨在体内的动态载荷作用下的压电效应的表现形式.     

粗糙度对4种聚氨酯弹性体粘着性能的影响

采用生物摩擦磨损试验台测定了4种聚氨酯的弹性模量，研究了表面粗糙度和法向力对粘着力的影响．结果表明：4种聚氨酯的弹性模量在55～1206kPa之间，粘着力由高到低的排序同其弹性模量排序相反，弹性模量较低的试样的饱和粘着力达到15kPa，且表面粗糙度对粘着力的影响不明显；弹性模量较大的试样的粘着力仅为1．5kPa，随弹性模量增加，表面粗糙度的影响增大；试样之间的接触形式同粘着力密切关系，相当于单个凸峰接触的蓝宝石球对聚氨酯试样的粘着力不受法向力的影响，而在平面接触情况下粘着力先随法向力增加而增大，当法向力超过一定(10～15kPa)值后，粘着力增加趋缓并达到饱和值．     

STATIC STUDY OF CANTILEVER BEAM STICTION UNDER ELECTROSTATIC FORCE INFLUENCE

I. INTRODUCTION For capacitor-like microelectromechanical systems (MEMS) structure[1??6], the voltage betweenthe structure and substrate causes attractive force. The sources of the voltage can be an arti?ciallymounted device[2 , 7??9] or the temporar…     

牵张力使大鼠实验性牙齿移动对PTHrP表达的影响

通过探讨牵张力对甲状旁腺激素相关蛋白(Parathyroid hormone related protein,PTHrP)表达、分布的影响,为深入了解正畸牙齿移动过程的骨改建机理提供参考,本文使用体重200±20g、6～8W龄的健康雄性Wistar大鼠42只适应性喂养1W后随机分为7组,每组6只。选择每只大鼠的左侧上颌第一磨牙作为实验牙,以左侧上颌切牙作为支抗牙,安装正畸用0.012英寸(inch)步镍钛螺旋拉簧,力值为50g(0.49N)。分别于安装牙齿移动装置后1d、3d、5d、7d、14d、21d处死实验组大鼠,取含左侧上颌第一磨牙及其周围牙槽骨的组织块,常规进行HE染色和SABC法免疫组织化学染色。利用图像分析系统(0BI200高清晰度彩色病理图文分析系统),对每张免疫组化染色后的切片做定量分析。SPSS17.0建立数据库并进行统计学分析,显示在张力区牙周膜及牙槽骨组织中的成骨细胞、成纤维细胞以及间充质细胞PTHrP呈阳性表达,且张力区牙周组织中PTHrP的表达在加力第5天达到高峰。表明PTHrP牙周组织的改建有一定的调节作用,使张力区与压力区向不同的方向发展。     

冰面上轮胎摩擦牵引力的实验研究

研制开发了测试冰雪面轮胎力学特性的试验装置,该装置具有可作往复运动的平台冰槽。在不同冰基体温度下,分析了轮胎摩擦引力受侧偏角,载荷和轮胎充气压力的影响,从试验角度论证了轮胎中央充放气系统对改善冬季轮胎牵引性能的作用,该装置的建立将有利于轮胎新结构和新材料的开发,并起到完善现有轮胎力学模型的作用。     

数值模型内力影响面分析的机动法

本文提出并证明了普遍适用于以广义位移为独立变量的各种数值模型的内力影响面分析的机动算法原理。这一原理把内力影响面分析归结为求解在一个等价荷载作用下的结构位移场,并给出了得到等价荷载的方法。用本文方法得到的是结构某一点的内力的影响面,而且对数值模型来说,是精确解。作为本文原理的应用,用机动法分析了采用有限条模型的薄板的内力影响面,并给出了若干数值例子。     

Influence of atomic force microscope (AFM) probe shape on adhesion force measured in humidity environment

In micro-manipulation, the adhesion force has very important influence on behaviors of micro-objects. Here, a theoretical study on the effects of humidity on the adhesion force is presented between atomic force microscope （AFM） tips and substrate. The analysis shows that the precise tip geometry plays a critical role on humidity depen- dence of the adhesion force, which is the dominant factor in manipulating micro-objects in AFM experiments. For a blunt （paraboloid） tip, the adhesion force versus humidity curves tends to the apparent contrast （peak-to-valley corrugation） with a broad range. This paper demonstrates that the abrupt change of the adhesion force has high correla- tion with probe curvatures, which is mediated by coordinates of solid-liquid-vapor contact lines （triple point） on the probe profiles. The study provides insights for further under- standing nanoscale adhesion forces and the way to choose probe shapes in manipulating micro-objects in AFM experiments.