發(fā)布時間：2021-07-18 14:31

　　應(yīng)力驅(qū)動的材料自組裝以及失穩(wěn)形貌在生活中十分常見,研究這些形貌不僅可以解釋自然界中豐富形貌的形成機理,在工業(yè)界也具有重要的應(yīng)用價值。一方面我們需要抑制器件在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下的服役過程產(chǎn)生失穩(wěn)形貌,從而避免它們發(fā)生老化失效現(xiàn)象;另一方面隨著現(xiàn)代制造業(yè)尤其是微納米加工制造的迅速發(fā)展,各類自組裝以及失穩(wěn)形貌為自下而上的微納制備方法提供了指導(dǎo)。本文主要聚焦各類低維材料自組裝以及失穩(wěn)形貌中的關(guān)鍵性問題,研究了納米管、單層膠體晶體以及薄膜基底結(jié)構(gòu)在應(yīng)力驅(qū)動下的演化過程及其穩(wěn)定形貌。本文揭示了溶劑熱法合成納米管過程中由納米空心球融合為納米管結(jié)構(gòu)的物理機理。首先我們在實驗中得到了溶劑熱法中不同反應(yīng)時間下的產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)中間產(chǎn)物為無序聚集的納米空心球。隨后通過線性穩(wěn)定性分析我們得到了納米管狀結(jié)構(gòu)的形貌穩(wěn)定相圖,發(fā)現(xiàn)曲率彈性能主導(dǎo)系統(tǒng)總能量時空心球會發(fā)生逆向Plateau-Rayleigh失穩(wěn),從而融合成管狀結(jié)構(gòu)。最后利用相場非線性模擬重現(xiàn)了空心球融合為管狀結(jié)構(gòu)以及垂直交叉的管狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演化過程,驗證了線性穩(wěn)定性分析的結(jié)果。本文探究了膠體晶體在曲面上的自組裝生長形貌。以往的研究表明曲晶體為了釋放曲率導(dǎo)致的... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）磷脂雙分子層自組裝為不同形貌的磷脂結(jié)構(gòu)：脂質(zhì)體、膠束和雙分子層？（ｂ）??由分子結(jié)構(gòu)單元自組裝為骨組織再生結(jié)構(gòu)的示意圖１１１

?第１章緒?論???麵??圖１．２?（ａ）?土地干涸龜裂圖案。Ｃｂ）蜿蜒山脈兩側(cè)的褶脊。（ｃ）風(fēng)力導(dǎo)致沙丘上形成的波??動圖案。??學(xué)和物理學(xué)的影響，其中力學(xué)在調(diào)節(jié)植物形態(tài)［４＿５］，細(xì)胞生長和分化［６＿＼以及組??織形貌［ＷＧ：１等方面均起著重要的作用。??生物細(xì)胞中由于細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)之間彈性性質(zhì)的不匹配，在滲透溶脹，以及??細(xì)胞生長或吞噬過程［＂］中會發(fā)生彈性失穩(wěn)，形成褶皺形貌。在機械應(yīng)力或滲透??外力作用下，細(xì)胞形態(tài)的整體變化主要受細(xì)胞膜下肌動蛋白細(xì)胞骨架的力學(xué)機??制控制。例如Ｋｕｓｔｅｒｓ等人ＰＩ研宄發(fā)現(xiàn)當(dāng)脂質(zhì)體表面聚合的肌動蛋白網(wǎng)殼在體??積減小時，通過改變肌動蛋白殼的厚度，細(xì)胞膜會呈現(xiàn)出屈曲與起皺兩種不同的??失穩(wěn)形貌。??力學(xué)除了在細(xì)胞尺度上影響生物膜等結(jié)構(gòu)的形貌外，也影響著較大尺度的??生物組織或者器官的形貌，其中大腦皮層的溝回結(jié)構(gòu)就是最好的例子之一。幾個??世紀(jì)以來，大腦皮層折疊模式形態(tài)的形成機制仍是一個懸而未決的問題。事實??上，人類大腦皮層并非生來就具有溝回結(jié)構(gòu)，在胎兒時期大腦皮層是光滑的。當(dāng)??腦部神經(jīng)元繼續(xù)分裂、生長和遷移時，皮層結(jié)構(gòu)開始折疊并形成獨特的凸起和溝??槽形貌，如圖１．１?（ｃ）?（ｄ）所示。研究大腦皮層的折疊形貌在醫(yī)學(xué)上有重要的意??義，因為它與智力［１３］以及包括精神分裂癥和自閉癥在內(nèi)的一些大腦疾病密切相??３??

ｆｃ設(shè)??Ｗ?％?ＨＷ?ｐｐｓａ?ｇｓＦ？＾＊??１ＣＯ，?Ｎａｔｕｒｅ?ｐ?Ａ?．＊?ｇ??－?ｍ＾ｊｎ??Ｅｘｐ?ｉ＾＆ｉｌ?＾??Ｌ－＾，?ｐ＝?５％．?ｓａｄｄｌｅ?＾ＩＳＩＰ??Ｗ’美?一?＇ｒ卜＇，雜袷??ｐ?＝?２０％．?ｒｉｐｐｌｅｄ?ｉｆ：?，、’?｜丨：ｆ?°??ｍ－〇４?■－�。�?匾?〇??＾４?＾?ｐ＾ｒ￣ｎ?ｒ??§：：嚴(yán)，一Ｓ?議?Ｏ??ｗ?、?／?ｍｍｍ?＾??？?■，＇ｉ：士二■?Ｅｘｐ??２?ｙ（ＯＴ）?２??圖１．３?（ａ）生長差異導(dǎo)致葉片在內(nèi)部呈現(xiàn)鞍形，而在邊緣處呈現(xiàn)波浪形１２４〗。（ｂ）在水面??上漂浮的荷葉與莖葉支撐的自由荷葉的不同形貌｜３２１。??形態(tài)之外，類球形核殼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)也可以用于理解自然界中的各種形貌。當(dāng)球??形的核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)外膨脹程度不同時，一般會在表面形成隨機取向的屈曲形貌［２２］。??而當(dāng)核殼結(jié)構(gòu)為橢球形時，內(nèi)外膨脹程度不同將會在橢球表面產(chǎn)生不均勻分布??的應(yīng)力，且應(yīng)力分布依賴于橢球的形貌特征，因此不同的橢球形失穩(wěn)就會形成各??類不同的表面屈曲形貌［３３＿３４］。如圖１．４所示，許多植物以及水果的形狀就可以認(rèn)??為是橢球形核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)外生長差異導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形貌。而當(dāng)水果干燥脫水時，??果肉的急劇收縮也會產(chǎn)生不均勻應(yīng)變導(dǎo)致表面發(fā)生失穩(wěn)，且失穩(wěn)形貌根據(jù)水果??的初始構(gòu)型不同而不同，在類球形Ｓｉ０２薄膜／Ａｇ襯底的３Ｄ自組裝應(yīng)用中也觀察??到了類似的形貌［３５］。??在地質(zhì)學(xué)中的各類形貌研宄中，力學(xué)分析也提供了不可替代的作用。例如通??過研宄干燥裂紋，研宄人員發(fā)現(xiàn)諸多尺度迥異的現(xiàn)象具有類似的機理：干淀粉柱??與熔巖柱狀節(jié)理完全相似

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基底上薄膜結(jié)構(gòu)的非線性屈曲力學(xué)進展[J]. 倪勇,劉佩琳,馬龍,李世琛,何陵輝.  固體力學(xué)學(xué)報. 2018(02)
[2]可延展柔性無機微納電子器件原理與研究進展[J]. 馮雪,陸炳衛(wèi),吳堅,林媛,宋吉舟,宋國鋒,黃永剛.  物理學(xué)報. 2014(01)
[3]簡單溶液法組裝碳納米管三維垂直網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架[J]. 吳長征,羅巍,寧博,謝毅.  科學(xué)通報. 2009(08)

博士論文
[1]薄膜結(jié)構(gòu)翹曲研究[D]. 李世琛.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019



本文編號：3289763