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《中国科学技术大学》 2006年
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仿生材料的制备与力学性能研究

柳兆涛  
【摘要】:纳米技术和纳米材料研究在不断深入。由于纳米材料独特的结构和性能,在仿生材料制备领域中,微纳米仿生材料研究已经成为人们关注的前沿课题。制备孔径纳米级的有序多孔薄膜,一直是研究的热点问题。尤其是这种孔径可控且有序规则的微纳米多孔薄膜,因为其可能用于新型人工肾而倍受重视。微纳米线阵列材料的出现,使得仿壁虎爪等仿生物结构功能的研究热了起来。 本文以人工肾的新型设计为背景,用电化学法制备了阳极氧化铝纳米孔多孔薄膜,并进行了结构表征。设计了纳米多孔结构材料的力学性能测试方案,深入地实验研究了阳极氧化铝多孔膜的力学性能。同时,初步将纳米多孔膜,应用在纳米线阵列这种仿壁虎脚部结构功能的干粘结的制备上。探索了纳米线阵列的范德瓦尔斯力测试方法,测试了碳纳米管线阵列和氧化锌纳米线阵列的范德瓦尔斯附着力及其与预压力的关系。本文主要工作如下: 1)通过电化学两步阳极氧化法制备了氧化铝多孔薄膜材料,对薄膜的结构特征进行了分析和表征。在制备工艺的改进使得纳米有序结构更有序和可控,运用图像处理方法表征了空隙率。纳米孔径大小均匀,膜胞基本上呈中心正六边形排列规则,孔洞沿厚度方向相互平行,且垂直样品的表面。可以根据应用背景的不同,确定适当的试样制备工艺条件,制备不同厚度、不同孔径大小的纳米多孔模板。 2)纳米多孔薄膜的力学性能对其应用有重要意义,由于具有几何上是毫米-微米-纳米的大跨尺度的结构特点,理论分析和数值模拟都非常困难。本文用实验方法研究了其力学性能。首先,设计了一套微纳米薄膜的鼓膜测试装置,利用光学测试的时间序列散斑干涉法,测试多孔薄膜的鼓膜变形。基于鼓膜变形测试的结果,依据经典的板壳理论的力学模型,获得了多孔介质材料的等效弹性模量和破坏强度。同时,在拉伸机上用双光束散斑干涉法测量了薄膜材料的拉仲性能,得到了拉伸等效宏观弹性模量及拉伸强度。比较两种测试结果发现,多孔薄膜的宏观等效弹性模量约为65GPa,拉伸强度和鼓膜强度约为100MPa。这就在一定意义上验证了测试方法和测试结果的可靠性和正确性。另一方面,还基于多普勒效应的测振技术,测试了多孔膜的动态性能,得到圆形薄膜试样的前三阶振动模
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB391

【引证文献】
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1 王晓俊;蛾翅膀表面疏水性能研究及仿生材料的制备[D];吉林大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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1 赵明利;多频率超声辅助磨削纳米氧化锆陶瓷表面/亚表面损伤机理研究[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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10 王莉;低热固相化学反应制备纳米材料[D];新疆大学;2004年
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