收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

长程力诱导软弹性固体表面不稳定模式的预拉伸控制

乔玲  
【摘要】: 本文的研究对象是一类以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为代表的,弹性范围内可以承受较大变形的软弹性固体材料。这类材料普遍具有优良的材料性能,广泛应用于日常生活和科学研究各个领域。 我们所讨论的问题是由这类软弹性固体材料制成的衬底在外部作用下表面形貌的稳定性问题。外部作用可以分为两类:一类是外部接触体与软弹性固体表面的范德华相互作用;另一类是对软弹性固体本身施加的均匀预拉伸变形。前者能够促进表面小扰动的发展,而弹性变形引起的应变能却能抑制表面失稳。这两类外部作用相互竞争可以产生稳定有序的表面形貌。我们通过线形稳定性分析,研究了有限变形软弹性固体在范德华力作用下的表面稳定性问题,并探讨了通过施加不同类型的有限变形调控软弹性固体表面失稳的具体形貌。 应用非线形弹性力学理论,选择有限变形后的构形为参考构形,我们推导了在此构形下扰动变形场的平衡方程与边界条件。详细讨论了这类材料的应力应变关系,并进一步建立了计入一般有限变形效应,应力张量与扰动位移的关系式。 首先,考虑了一个较为简单的二维平面应变问题,预先施加等比双向拉伸的软弹性固体薄膜在其表面与一刚性接触体存在范德华力作用下的稳定性问题。经过线性稳定性分析,我们揭示了薄膜失稳的临界载荷以及临界波长与预拉伸程度之间的关系。临界载荷与临界波数随着拉伸的主伸长比增加而变大,因而我们可以通过对软弹性薄膜进行等比双向预拉伸来调控表面失稳的形貌。 接着,我们研究了经过单向预拉伸的软弹性薄膜,在范德华力作用下的形貌失稳的临界条件以及失稳的具体形貌。经过单向拉伸的薄膜在参考构形中表现出面内各向异性,通过进行线性稳定性分析,我们发现单向预拉伸可以引发薄膜表面形成平行于拉伸方向的条纹状失稳图样。同时,我们还可以通过增大预拉伸的主伸长比来减小条纹状图样的间隔 接着,我们对前面所讨论的问题做进一步的拓展,考虑更加一般的情况,分析经过任意均匀有限变形的薄膜的形貌稳定性。对各向同性不可压缩软弹性薄膜,预先在面内两个垂直方向上分别均匀变形。通过线性稳定性分析,我们得到载荷参数的表达式,并进一步讨论薄膜形貌失稳的临界载荷以及临界波长,揭示了描述有限变形的参数,即三个方向的主拉伸比,对形貌失稳的临界条件以及失稳具体形貌的影响。并且我们利用一般有限变形的结果,分析了一个面内剪切变形的实例,验证已有的结论。 最后,我们对处于有限单向预拉伸软弹性衬底上的液体薄膜由于范德华力驱动而产生的失稳进行了线性稳定性分析。通过采用润滑理论近似,我们推导出液体表面扰动生长指数的具体表达式。相应地,我们还得到了失稳的判据,也详细讨论了扰动的最不稳定的模式。通过具体的数值运算,我们发现对衬底进行预拉伸可以对液体薄膜在拉伸方向起到抑制失稳的作用,而在其他方向却使薄膜更容易失稳。液体膜会在垂直于拉伸方向发生周期性失稳,而失稳的波长与衬底的拉伸程度相关。因而对衬底的预拉伸致使液体薄膜发生各向异性的去浸润,而各向异性的程度可以通过改变主拉伸来调控,这一现象可以用来制备某些细长而有序的微结构。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李璠;张琳;陈义旺;彭小明;;无机纳米晶/共轭聚合物太阳能电池光敏层制备方法及微观形貌调控[J];高分子材料科学与工程;2011年06期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乔玲;何小元;;固液耦合三层膜表面形貌稳定性分析及调控[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 骆毅;杨春明;施云海;;表面活性剂复配体系对导电聚苯胺的形貌调控[A];上海市化学化工学会2011年度学术年会论文集[C];2011年
3 詹传郎;姚建年;;多氢键功能单元引导的可控自组装及其形貌调控[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
4 徐鹏;纪昕;姜世梅;;含铼嵌段共聚物的形貌调控[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
5 易涛;周义锋;黄春辉;;形貌和功能可调控超分子凝胶材料[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
6 毛招凤;黄建花;;苹果酸作用下特殊形貌CaCO_3晶体的合成[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
7 孙华;康诗钊;穆劲;;氧化锡纳米晶形貌调控[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
8 李博;徐光魁;冯西桥;;由质量扩散引起的双涂层纤维的表面失稳[A];损伤、断裂与微纳米力学进展:损伤、断裂与微纳米力学研讨会论文集[C];2009年
9 李玉;赵国景;;煤爆或岩爆的机理分析[A];第三届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1992年
10 沈兴海;陈庆德;高宏成;;γ-射线辐照法制备纳米粒子[A];中国化学会第26届学术年会应用化学分会场论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 乔玲;长程力诱导软弹性固体表面不稳定模式的预拉伸控制[D];中国科学技术大学;2008年
2 王芳;两亲分子软模板法调控无机矿物的合成[D];山东大学;2006年
3 赵丽丽;氯离子对金、银纳米粒子形貌调控的机制研究[D];吉林大学;2010年
4 李凯;软弹性体和薄膜的形貌形成及调控[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李倩;利用半胱氨酸制备纳米硒(碲)及其形貌调控[D];暨南大学;2011年
2 喻波;纳米硒的形貌调控、功能化及其抗肿瘤活性研究[D];暨南大学;2011年
3 左白艳;无机微纳米材料的液相合成与形貌调控[D];华东师范大学;2012年
4 蒋隽;含钒配合物纳米结构材料的制备、结构及性质研究[D];南京理工大学;2007年
5 熊冬柏;导电聚合物基磁性纳米复合物的形貌调控及其电磁性质研究[D];湖南师范大学;2009年
6 黄静;形貌调控的Bi_2S_3基纳米晶光催化剂合成及性能研究[D];华东理工大学;2012年
7 曹正艳;含铁氧化物及钴盐的聚苯胺微/纳米复合物的形貌调控及其电磁性能研究[D];湖南师范大学;2010年
8 吴彤;硫属铋化物及铋属相关双金属纳米晶的形貌调控和性质研究[D];华东理工大学;2011年
9 王建硕;Yb/Tm共掺的NaYbF_4和NaLuF_4微纳米晶的可控合成及其紫外上转换发射的研究[D];吉林大学;2012年
10 刘明珠;氧化铝微纳米材料的合成与表征[D];中南大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 记者 陈卫东;无机微纳晶形貌调控研究获重要进展[N];科技日报;2009年
2 本报记者 许琦敏;瞄准未来市场 三年不发论文[N];文汇报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978