一維納米材料的實驗納米力學

《一維納米材料的實驗納米力學》是依託北京工業大學，由韓曉東擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：一維納米材料的實驗納米力學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：韓曉東
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

隨材料特徵尺度的減小，尺寸效應、表面效應、非連續介質等特性的表現逐漸顯著，納米材料因而具有與相應塊體材料明顯不同的力學性能和各種載荷下特殊的服役行為，這是納米材料作為微/納機電器件基本結構和功能單元的基礎。一維納米線的實驗納米力學項目將致力於研究一維納米材料的力學性能測量和力學行為觀察的實驗技術。將利用多種載荷方式測量單根納米線的力學性能；發展幾種一維納米材料力學性能的測量方法並申請專利；與原位電子顯微學技術結合，研究單根納米線受載荷作用下的結構演變和有關的力學性能。將深入認識單根納米線彈性性能的尺寸效應及其微觀機制；定量研究各種納米線材料的強度性能和斷裂行為；原位研究納米材料的形變和斷裂，缺陷的形核、運動、相互作用和湮滅等特徵。希望通過本項目，發現納米力學中的新現象、新機制，提出新方法、新概念，為建立納米力學的實驗方法和理論體系做一些基礎性的研究工作。

結題摘要

1、發展了納米材料力學性能的原位測量方法, 完善了原位掃描電鏡中的單軸拉伸方法; 開展了掃描電子顯微鏡/掃描探針顯微鏡集成系統的研製；發展了針對一維納米單體材料的透射電鏡的“雙傾拉伸”技術，並在國際上創新性地實現了針對一般透射電鏡樣品的雙傾拉伸技術，實現了原子點陣解析度下透射電鏡樣品拉伸實驗； 2、基於以上發展的創新性方法和設備等開展研究:實現了一維納米單體材料彈性模量、強度等性能的定量研究; 一維納米單體材料的彎曲、屈曲等力學實驗; 一維納米單體材料原子尺度的彈-塑性轉變行為研究。最後，將“一維納米單體材料拉伸情況下可接近理論彈性極限”的性能套用於‘複合材料理論與實驗’，在世界上首次成功在塊體材料中實現“複合材料中納米線的超彈性性質（彈性為4.6%，接近理論彈性極限）”。本項目合作參與的工作將發表於 Science, 2013年；3、重要研究成果進展如下：(a) ZnO納米線拉伸模量的尺寸效應；ZnO納米線斷裂強度的尺寸效應； ZnO(10-10)表面弛豫的亞埃尺度直接測量；ZnO(10-10)表面的WZ-BCT可逆重構; (b)碳納米管的屈曲和斷裂機制，碳納米管物質輸運機理; ( c)單晶Si納米線在電子束輻照下載入的結構變化及彈塑性轉變的機制；單晶Si納米線彈性失穩的拉-壓應力下原子機制；(d)一維納米材料的電失效及Pt-Fe核殼納米顆粒催化劑中的晶格應變分布等；(e)發現一維納米單體材料的彈性應變的尺寸效應；發現一維納米單體材料位錯機制的尺寸效應及超塑性的尺寸效應等；發現了SiO2納米大應變拉伸塑性並模擬闡明其原子機制;發現了金屬玻璃小尺寸的大應變彈性行為等。本項目發展了多種實驗技術與方法（專利1-5）；發現了新的實驗現象，豐富了納米材料力學理論；對發展高強、高韌材料體系做了基礎性的研究工作。發表論文30餘篇，代表性論文20篇，包括：Science 1篇，Nature Communication 1篇， Angew. Chem. Inter. Ed. 1篇， Scientific Report 1篇，Nano Letters (9篇), Phys. Rev. Letts (1篇)， NPG：Asia materials 1篇，培養博士研究生6人（畢業），碩士研究生6人。培養新世紀優秀人才1人，青年千人1人，北京市科技新星1人。培養全國百篇優秀博士論文1部。