纳米材料及结构的力学新原理及精细表征技术研究报告

Abstract

围绕研究内容和研究目标的安排，结合研究内容和研究目标首先对研究总体研究内容进行了有机分解，开展了相应的研究，并取得了若干系统性成果。一年来，开展的主要研究工作及取得的主要成果如下： （1）基于分子动力学计算模拟研究并获得陶瓷纳米线室温塑性的变形机制；基于分子统计热力学方法有效地获得了纳微米尺度材料弹性模量的变化规律,实现了与小尺度实验结果的有效关联。 （2）基于能量和强度的关联准则,通过将跨尺度理论方法与Cauchy-Born法则解答的关联获得了系列金属材料的表界面能及特征尺度参量值; 基于跨尺度理论分析获得了纳米颗粒复合材料力学行为尺度效应的理论解。 （3）从纳米原子团簇运动角度揭示非晶合金理论强度与真实强度之间的内在关联; 纳秒脉冲激光烧蚀非晶合金诱导的Saffman-Taylor指进; 研究了泊松比对非晶塑性变形的影响。 （4）在开展纳米微桥力学性能测试方面，完成了微桥模板的设计以及光刻工艺流程的设计，进入实验阶段，预计2013年能够完成样品的制备和测试工作。基于非局域理论，建立了包含材料尺度效应的纳米微桥的解析解，并与有限元模拟结果进行了对比研究。 （5）完成了扫描电镜配置微加载系统的工作：给扫描电镜配置纳米微操纵手，在微纳米手的前端配置微探针，从而实现对微纳米尺寸样品的操纵与测量；纳米微操纵手的选型与合同已经完成，预期2013年下半年将开始相关的微纳尺度特征的测试研究。 （6）开展了纳米-手性材料多尺度力学行为的精细表征。将扫描电镜、显微拉曼与宏观拉伸等技术结合，发展了纳米纤维多尺度实验力学分析方法，并利用该方法，以CVD制备的大直径双壁碳纳米管纤维为对象，分析了跨尺度界面力学行为对纤维宏观强韧性的影响，研究了碳纳米管多级界面的的应力传递与破坏机理，建立了该材料多级力学模型，给出了调控其宏观力学性能的措施。 （7）在同步辐射纳米分辨率三维结构检测方面：开展了纳米CT微型拉伸设备的研制。研制了适用于同步辐射实验站进行纳米CT实验的微型拉伸装置，可进行亚毫米尺度的试件加载。研发了与同步辐射线站的接口装置，实现了精密加载和位置调整的远程控制，以及载荷—位移数据采集