《微/納米曲面的曲率和曲率梯度誘發的驅動力研究》是依託清華大學，由殷雅俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微/納米曲面的曲率和曲率梯度誘發的驅動力研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：殷雅俊
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目探索微/納米曲面上獨特的驅動力機制- - 由曲率和曲率梯度誘發的幾何驅動力。申請人以兩類現象- - 即生物膜納米管上的輸運現象和微米錐面上的液滴定向運動現象- - 為研究背景,以微/納米尺度上普遍存在的短程相互作用為物理基礎，以捲曲空間上的微分（Riemann）幾何為幾何形式，探索微/納米曲面力學。擬達成如下研究目標：（1）揭示兩類現象背後共同的空間形式和物理本質；（2）提出以曲率和曲率梯度為要素的幾何驅動力概念，實證幾何驅動力在微/納米曲面上的普遍存在性；（3）澄清粒子與曲面相互作用的基本模式，實現粒子/曲面相互作用勢的曲率化；（4）基於曲率化作用勢和幾何驅動力，實現微/納米曲面力學的幾何化；（5）證實如下命題：微/納米曲面力學中的尺度效應，主要是由空間捲曲誘導的幾何效應；微分（Riemann）幾何化的微/納米曲面力學，是大、小尺度上統一的力學，是自然而然地實現了跨尺度的力學。
結題摘要
本項目以生物膜納米管內、外的輸運現象和微米錐面上的液滴定向運動現象為研究背景，以微納米尺度上普遍存在的短程相互作用為物理基礎，以捲曲空間上的微分（Riemann）幾何為幾何形式，研究了微納米捲曲物質空間上的力學。取得如下標誌性成果：（1）本項目證實：微納米捲曲空間上的力學，是由Riemann幾何（而不是Euclid幾何）控制的力學。這帶來深刻啟示：微納米尺度上，物質空間形式才是決定性的；發展微納米力學，需要揚棄Euclid空間觀，採用Riemann空間觀。（2）本項目證實：微納米捲曲空間上，物質的運動主要取決於空間局部的曲率不變數。這帶來深刻啟示：微納米尺度上，物質空間的曲率才是決定性的。（3）本項目證實：微納米捲曲空間上普遍存在著獨特的驅動力機制——由曲率和曲率梯度誘發的幾何驅動力。這帶來深刻啟示：幾何驅動力是微納米尺度上所有反常運動現象的源泉。（4）本項目證實：微納米力學中的尺度效應，主要不是物理效應，而是由空間捲曲誘導的幾何效應或曲率效應。 本項目注重學科交叉，取得如下標誌性成果： 與燃燒動力學交叉，在微米尺度油滴的掛滴燃燒試驗中，捕捉到了顛覆性的新現象。具體表現在：（1）在燃燒的微油滴內部，捕捉到了微氣泡的成核、聚合、長大、碎裂、溢出現象。（2）在燃燒的微油滴表面上，捕捉到了表面凹坑現象。（3）在微油滴的燃燒過程中，發現了周期性的微氣泡“暴漲-碎裂”現象。其中，暴漲的氣泡體積竟然可達整個油滴體積的85%！這些全新的試驗現象，具有兩方面的科學意義：一方面，從根本上顛覆了常規的巨觀油滴燃燒動力學理論；另一方面，為大幅度提高油滴燃燒效率，提供了全新的思路。 與微納米“膜/基結構”力學相交叉，在“硬基底/軟納米膜”結構中，發現了阿基米德螺旋狀微裂紋；在“軟基底/硬納米膜”結構中，發現了由微裂紋調控的屈曲褶皺。這些新進展。為微納米“膜/基結構”斷裂力學和屈曲力學的發展，開闢了新道路。 與昆蟲飛行動力學結交叉，揭示了蜻蜓翅膀上奇妙的顫振調控機制和動力學穩定機制。我們發現：蜻蜓翅膀上的Arnold循環，是調控機制和穩定機制的奧秘之所在。這項進展為超高速飛行器中薄翼結構的仿生力學探索，提供了全新啟示。 本項目有一項出人預料的新發現，即發現了時空的協變形式不變性。我們賦予協變形式不變性以公設的地位，進而，將經典協變微分學，發展成了公理化的廣義協變微分學。
