《熱力耦合作用下硼氮納米材料的非線性動力學行為研究》是依託浙江海洋大學，由王晉寶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：熱力耦合作用下硼氮納米材料的非線性動力學行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王晉寶
- 依託單位：浙江海洋大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，硼氮納米管及納米片層結構在實驗中的成功製備引起了科學界的極大關注，研究表明這些硼氮納米材料具有優異的物理特性，在納米器件中具有廣闊的套用價值。然而，作為納米器件常常要求在高溫、高頻下具有穩定的載荷承載及傳遞能力。因此，本項目擬以單、多層硼氮納米管及納米片層結構為研究對象，開展其熱-動力學特性及行為的系統研究。研究內容主要包括：基於發展的硼氮納米系統的亥姆霍茲（Helmholtz）自由能，構建能夠表征其熱力學性質的本構模型；繼而結合范德華作用勢以及外力勢，基於瞬時最小勢能原理構建能夠分析硼氮納米系統熱-動力學行為的計算理論框架；基於此，開展針對單、多層硼氮納米管及片層結構的非線性自由振動、強迫振動以及彎曲波傳播等問題的研究，並開展基於經典分子動力學的對比性研究。本項目旨在發展一套適用於研究硼氮納米材料力學問題的連續體理論模型，揭示硼氮納米材料的熱動力學特性，為其工程套用提供理論依據。
結題摘要
硼氮和碳納米材料被認為是極具潛在工業套用價值的新型材料。全面系統地研究硼氮以及碳納米材料的力學、物理及化學等特性將具有很好的科學意義和工程套用價值。為此，本項目在國家基金的資助下，我們通過建立一套能夠適用於硼氮、碳納米材料熱力學特性研究的理論模型，並針對硼氮、碳納米材料、血紅細胞膜的基本的熱力學特性和行為開展了廣泛的研究。同時，開展了石墨烯的非線性振動特性研究和溫度對單晶銀裂紋擴展的影響研究。首先，基於能夠準確描述硼-氮、碳-碳相互作用的原子勢，結合高階Cauchy-Born準則、系統玻爾茲曼自由能以及最小二乘無格線算法，我們嚴格地構建了一套適用於研究碳、硼氮納米材料熱動力學特性和行為的準連續體理論模型。該模型不僅可以有效地反映納米材料的微結構信息，同時可以高效地分析納米材料的基本熱力學特性和非線性變形特徵。基於該模型，我們研究了碳納米錐的壓縮、彎曲變形行為，研究了血紅細胞的基本力學特性，分析了溫度對這些基本特性的影響。研究表明，本研究所發展的理論模型可以很好地再現碳納米錐和血紅細胞的基本力學特性和變形特點，可以詳細地呈現出納米錐和血紅細胞的熱力學特性和變形對其結構幾何尺寸的相關性。其次，基於經典的非線性殼理論，我們詳細地對比分析了石墨烯材料的線性、非線性振動特性和模態特點。此外，基於經典分子動力學，我們開展了溫度對單晶納米銀裂紋擴展的影響，再現了溫度對裂紋擴展機理的影響，詳細地給出了裂紋擴展的四個主要階段以及裂紋擴展特徵。本項目的研究成果不僅為碳、硼氮納米材料以及單晶銀的基本力學特性理解和認識奠定了一定的理論基礎，同時也將有助於這些材料的可能的工業套用。本項目研究的成功實施將為探究納米材料的熱力學特性和變形機理提供理論上的依據和工程套用上的指導。
