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Hamaker常數作爲連續介質力學向介觀力學過渡的標杆作用

作者:黃先富 2019-12-26 12:00 來源:
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   B 類先導專項“超常環境下系統力學問題研究與驗證”的初期論證會議上,專家組成員多次呼籲要重視範德華力中的 Hamaker 常數作爲連續介質力學向介觀力學過渡的能量標杆作用。在剛剛閉幕的“非線性力學國家重點實驗室-湍流與複雜系統國家重點實驗室 2019 聯合學術年會”上,範德華力在介觀力學中所扮演的重要角色再次成爲學術討論的焦點問題之一。 

 範德華異質結是一種二維層狀材料,具有結構多樣性、電子多樣性和力學多樣性,兼具高門控性、高載流子收集率及強柵極響應能力等獨特的功能性。這爲功能器件的設計提供了新思路,在能源、電子、生物醫藥等領域具有重要的應用前景。雖然材料的非均質性帶來了奇特的功能性,但是這種非均質性也給材料的合成、規模化生産帶來極大的困難,同時也給力學工作者帶來了新的挑戰和機遇。 

  近期,力學所非線性力學國家重點實驗室趙亞溥團隊在範德華異質結的剝離 ( 1)、合成等力學行爲研究方面取得了重要研究進展。從第一性原理到分子動力學,自下而上研究了範德華異質結中晶格錯配及剝離力學過程,闡明了剝離過程的三個階段,相關研究成果發表在力學權威期刊《Extreme Mechanics Letters[1]上。論文的第一作者为力学所林岿博士。 

圖1 範德華異質結 (graphene/MoS2) 及其剝離模型

  傳統的剝離理論模型只適用于穩定剝離階段,而該研究所建立的理論可以描述從初始不穩定到穩定剝離結束的整個過程;首次提出了一個新的特征長度,並命名爲“彈性-剝離長度”;在剝離理論中體現了 Hamaker 常数作为连续介质力学向介观力学过渡的能量标杆作用。该项研究从原子尺度揭示了层状材料的剥离机制,对于範德華異質結的合成有重大指导意义。 

  相关结果发表后,很快得到了日本、美国、意大利、奥地利等国外学者的引用。有学者在論文中对上述结果评价:“他們發現了一個新的特征長度,即彈性-剝離長度,這是反映層狀材料彎曲和界面特性的一個關鍵參數”、“該文所提出的力學模型可以檢驗整個剝離過程中薄膜的結構變化及其穩定性”。 

  最近,《Science China Technological Sciences》期刊专门邀请赵亚溥研究員撰写了有关范德华力在从连续介质力学到介观力学过渡中所起关键作用的评述文章[2],總結並建議了與 Hamaker 常數相關的新特征尺度。 

  以上研究工作獲得了國家自然科學基金委員會與金磚國家科技和創新框架計劃合作研究項目中科院B類先導專項的支持。 

    

  相關文章:  

  [1] Lin K, Zhao Y P*. Mechanical peeling of van der Waals heterostructures: Theory and simulations. Extreme Mechanics Letters, 2019, 30: 100501. 

  [2] Zhao Y P. Some new mesoscopic crossover length scales concerning the Hamaker constant. Science China Technological Sciences, 2019, 62: 2310-2312. 

    

  文章鏈接: 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431619300422 

  https://link.springer.com/article/10.1007/s11431-019-1487-5  

 

 

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