納米顆粒和納米柱體的力學行為研究

《納米顆粒和納米柱體的力學行為研究》是依託西安交通大學，由王剛鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米顆粒和納米柱體的力學行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王剛鋒
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

納米顆粒和納米柱體是組裝納米器件和合成納米材料的基本單元。由於表面所占比例顯著增加，納米顆粒和納米柱體的彈性模量、屈服應力和塑性變形機制等明顯不同於巨觀塊體材料，表現出顯著的尺度相關性。本項目將採用理論分析、分子動力學模擬和微納米尺度實驗相結合的方法來研究納米顆粒和納米柱體的彈塑性力學行為。我們將基於表面彈性和晶體各向異性來研究單晶納米顆粒和納米柱體的彈性變形。建立納米顆粒和納米柱體的屈服應力與晶體結構、外在尺寸和載入方向的定量關係。採用分子動力學模擬方法揭示納米顆粒和納米柱體的塑性變形機制。研究周期載荷作用下納米顆粒和納米柱體的疲勞特性。利用AFM和STM等開展納米尺度實驗，測試納米顆粒和納米柱體的壓縮變形過程和疲勞曲線。本項目的開展將能夠用於納米顆粒和納米柱體力學性能的測試和評估、及其彈塑性力學回響的描述，對納米器件和系統的設計與製備提供重要的指導意義。

結題摘要

納米顆粒是組裝納米器件和合成納米材料的基本單元。由於表面所占比例顯著增加，納米顆粒的彈性模量、屈服應力和塑性變形機制等明顯不同於巨觀塊體材料，表現出顯著的尺度相關性。本項目採用理論分析、分子動力學模擬和微納米尺度實驗相結合的方法來研究納米顆粒的彈塑性力學行為。我們研究了表面能和表面台階對納米顆粒彈性壓縮的影響，發展了相應的理論模型，能夠準確表征納米顆粒的彈性回響。採用分子動力學模擬揭示了金屬納米顆粒的塑形變形機制和空心矽納米顆粒的三種典型失效模式。結合尺寸影響和表面形貌，提出了一個理論公式，能夠準確預測金納米顆粒的屈服應力。此外，我們也研究了表面張力對微納米尺度接觸問題的影響等。相關成果能夠用於納米顆粒力學性能的測量和評估、及其彈塑性力學回響的準確描述，對納米器件和系統的設計與製備提供重要指導。