封面说明

<正>2004年,石墨烯的成功剥离为二维晶体的研究打开了一扇大门;2014年,单层黑磷(SLBP)的发现又为该领域注入了新的活力.由于SLBP在电子迁移率和开关比方面均显示出优异的特性,所以被认为是继石墨烯和单层二硫化钼之后,在薄膜电子学、光学器件以及对各向异性敏感的新型电子元件等方面最具应用前景的一种后石墨烯材料.目前,国际上很多科研团队和优秀的科学家们已从不同的角度对SLBP展开了深入的研究.因SLBP显著的脆性,其力学性质以及力电耦合特性对实际应用有着重要影响,故该晶体在实验室制备出来     

压实黄土场地湿陷沉降机理与黄土高原平山造城适宜性

黄土高原城市用地紧张与用地需求日益增大的矛盾使得平山造城工程应运而生,大规模平山造城工程会引起场地水文环境变化,诱发填土地基失稳、建筑物破坏等,其工程长期适宜性是人们最关切的问题.通过现场调研、原位监测、室内试验、模型试验、数值模拟和InSAR分析等工作,探究了压实黄土场地湿陷沉降机理及黄土高原平山造城工程适宜性.研究结果发现,场地压实黄土的物理力学性质和微观结构同天然黄土差异较大,其力学性质差、孔隙连通性差、空间变异性大;湿陷变形本质为含水率增大引起土体刚度降低而发生的压密变形,湿陷过程中压实黄土的结构变化整体上表现为颗粒间孔隙的局部压密,颗粒及孔隙形态基本不变;非饱和压实黄土的蠕变特性同屈服应力与上覆荷载的大小密切相关,增大压实土体的干密度可提高屈服应力,缩短蠕变稳定时间,还可显著降低土体的渗透特性;典型平山造城场地厚层压实黄土中的含水状态基本能维持长期稳定,有缓慢的向下水流补给地下水;场地累积变形量随填方土厚度增大而增大,地表变形减缓,沉降速率递减,预测工后15年场地变形可达稳定;增大压实土体干密度和合理设置地下水排水设施可有效减小地表总变形量、变形稳定期和局部破坏.研究结果论证...     

原子薄层材料的插层剥离制备

<正>自2004年石墨烯问世以来^[1],原子薄层材料(例如单原子层黑磷、六方氮化硼、二硫化钼)已经逐渐成为材料研究的中心^[2].这些原子薄层材料吸引了光子学、电子学、光电子学、能源存储与转化、催化、环境修复、生物检测以及生物成像等领域的广泛兴趣.可靠地、大规模地生产这些原子薄层材料已经成为当今学术界和工业界的共同追求.插层剥离策略是生产这些原子薄层材料最有效的手段之一.该策略制备的原子薄层产品具有溶液可加工性,且表现出大的横向尺寸(微米级)以及高的单层产率.我们针对这一策略进行了前瞻式的回顾,对其原理及过程、插层剂种类、影响因素、     

二维黑磷的制备及表面修饰技术研究进展

黑磷,一种与石墨烯结构相似的新型二维材料,从2014年出现伊始就受到了全世界的广泛关注.黑磷是一种直接带隙半导体,其带隙能随层数可调,具有独特的电学、光学特性和良好的生物相容性,在晶体管、光通讯、能源、生物医学等领域都具有极大的应用潜力;但其目前也存在制备方法不够完善、稳定性差等缺点.本文简单介绍了二维黑磷的结构、性质和应用研究,重点综述了二维黑磷的制备方法和表面修饰以提高稳定性的方法,并展望了二维黑磷的发展趋势和应用前景.     

考虑复杂机架柔性的并联构型装备刚度半解析建模方法

刚度建模是并联构型装备(PKM)设计的重要内容. 以5自由度混联机器人TriVariant-B为例, 提出了一种考虑复杂机架柔性的并联构型装备整机静刚度半解析建模方法. 该方法借助子结构综合思想, 将整机结构分解为机构和机架两个子系统, 分别采用解析法和有限元静态凝聚技术建立两者的刚度模型, 继而根据线性叠加原理构造整机刚度模型. 在建模过程中, 利用虚功原理和全变形雅可比矩阵构造出各子系统的刚度矩阵, 并侧重研究约束支链弯曲刚度及机架/机构界面刚度处理问题. 在此基础上, 考察整机系统刚度在任务空间中的分布规律, 借助全域性能指标评价各子系统中主要构件弹性对整机刚度的影响, 并通过有限元和实验验证了该方法的有效性     

各向异性双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

石墨烯中热波传递的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,通过向扶手椅型和锯齿型单层石墨烯施加持续时间为1 ps的局部热脉冲,研究了其瞬态导热规律和特性.模拟结果表明,热脉冲在石墨烯中激发出两道以不同速度传递的波,一道波具有宏观动量,传播速度等于声速,是系统受热膨胀形成的声波(第一声);另一道波无宏观动量,传播速度约为声速的1/3,是晶格无规则振动形成的热波(第二声).热脉冲激发的声波是纵波,能量传递只有纵向分量,而热脉冲激发的热波是由面内横向晶格振动形成,只有横向能量分量.热量传递表现出的各向异性说明,在热脉冲传递过程中系统处于非平衡状态.另外,统计得到热脉冲能量传递距离与时间的关系约为2 1.80????t,说明热脉冲能量在石墨烯中是以弹道-扩散的方式传递的,弹道输运越强,热波现象越显著.热波波峰区域的能量传递为弹道输运,而在高温扩散区和热波衰减部分的能量传递则为扩散输运.     

从“是否存在有助于预报的地震先兆”说起

是否存在有助于预报的地震先兆?作者认为地震是以突发形式表现的构造变形,它发生前有一个由慢变快的物理过程,地震是应有先兆的.寻找先兆除受观测仪器、测点布局、以及地震先兆与主震之间关系复杂性等的限制外,能否抓住关键时段也十分重要.地震是一个力学过程,断层处于应力峰值强度后的亚失稳阶段时,已进入一个不可逆的变形阶段,标志着地震发生已不可避免.因此这个阶段与地震发生有唯一性的关系.     

可延展柔性无机电子器件的结构设计力学

传统的电子器件都是基于无机半导体材料(例如硅),由于其硬、脆的性质使电子器件不能变形,无法满足下一代电子器件在形状可变性尤其是人体适用性上的需求.为突破这一瓶颈,近年来基于无机半导体材料的可延展柔性电子器件凭借其优异的适应变形的能力(可弯曲、扭转、伸缩等)极大拓展了传统无机电子器件的应用范围,备受学术界和电子产业界的瞩目.这种具有可延展柔性的电子器件主要是通过力学结构设计的方法,将无机半导体电子器件置于柔性基体上以实现整体的可弯曲及可延展.本文综述了近年来可延展柔性无机电子器件的结构设计发展,主要针对两类主要的可延展柔性结构:波纹结构和岛桥结构,对其力学设计原理和实验结果进行综述,不仅揭示了其变形机理,更重要的是为优化结构设计提供了理论依据.     

GIS支持下的降雨型滑坡危险性空间分析预测

基于GIS的滑坡分析模型的基础上, 针对现有模型的优势和不足, 提出了改进的SINMAP模型. 该模型将滑坡确定性模型与基于DEM的水文分布模型进行有效的集成, 考虑了由于降雨引起的地下水的不同分布, 所造成的静水压力及地下水渗流过程中产生的动水压力对滑坡稳定性的影响. 以中国西南典型的降雨型滑坡分布区—— 云南小江流域为例, 探讨了模型应用的有效性, 详细研究分析了小江流域滑坡危险性在不同降雨条件下的空间分布规律, 特别是随降雨条件的变化、滑坡变形失稳区域的扩展趋势以及失稳位置、失稳面积等的空间变化特征, 给出了滑坡发生与降雨、地形坡度、集水区面积等因素之间的定量关系. 在此基础上, 推算出小江流域滑坡失稳的降雨量阈值, 对区域性降雨型滑坡危险性进行快速有效的分析和预测.     

赋存深度对岩石力学参数影响的实验研究

研究赋存深度对岩石物理力学参数的影响,对于认识深部岩体变形破坏规律,以及分析深部工程灾害事故机理具有十分重要的意义.通过在北京门头沟矿区大台井同一岩层进行现场取样,获得了赋存深度处于410~1010m的7个深度水平上的同一层玄武岩,将其加工成77个标准试件(其中单压21个、三轴35个、劈裂21个),借助MTS815和RMTS150岩石力学实验系统,分别进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,获得了玄武岩密度、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等基本岩石物理力学参数随赋存深度的变化规律.研究发现,统计意义上玄武岩密度、弹模、单拉强度、单压强度、黏聚力、内摩擦角随赋存深度的增大而线性增加,仅泊松比随深度增加而线性减小.另外,还简要分析了造成不同深度同一岩层物理力学参数差异的原因.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.     

超塑性金属与超塑性陶瓷

回顾SP超塑性的研究过程,从理论上大致可分为宏观变形力学规律和微观变形物理机理两个方面.力学规律的研究,又可分为有限元法和力学解析法两个主要分支.前者虽然能给出比较精确的定量结果,但不能给出力学量与参数间的函数关系.后者能给出力学量与参数间的函数关系,这便有利于对变形过程规律性的了解和对生产工艺规范的制定.变形微观机理的研究,对于揭示变形的物理本质、研制新材料和简化SP预处理等有重要意义.宏观研究和微观研究的进一步互相结合、彼此左证,必将把SP的研究和开发推向更深更广的层次.     

δ相钚镓合金的结构稳定性与力学特性

钚是一种非常重要的核材料,其稳定性与力学特性研究对其在核工业中的应用有着重要意义.本文建立了研究钚镓合金稳定性的分子动力学模型,计算了面心立方(FCC)结构的?相钚的稳定性.计算结果表明,常温下钚会发生显著的晶格畸变和区域分解,但在700 K温度时可以保持较高的结构稳定性;通过掺杂镓元素可以提高钚在常温下的稳定性,且稳定性随着镓含量的增加而增强.我们进一步研究了钚镓合金的力学特性,发现其各向异性指数远高于同类结构金属铜、铝;增加镓含量可以减弱其各向异性,并增大其弹性模量.我们的结果有助于深入认识钚镓合金的结构特征和各向异性,这为钚基核材料的自辐射效应及老化机理的深入研究奠定了基础.     

有机场效应晶体管导电机制及其稳定性研究

并五苯薄膜和单晶晶体管研究是目前有机电子学研究领域的热点.本文通过实验和理论模型系统研究了并五苯有机小分子薄膜的初始生长层形貌结构对有机薄膜晶体管器件电学性能的影响.提出单层薄膜二维晶粒边界模型,揭示了初始生长层晶粒大小对晶体管器件载流子迁移率及栅极偏压下阈值电压移动量的影响.同时,通过理论拟合计算得出有机晶体管器件结构在现有实验条件中的一些重要参数,如晶粒单畴中的迁移率、晶粒边界中缺陷浓度和缺陷势垒高度等.这些知识加深了对薄膜结构与器件性能之间关联的理解,为进一步改善并五苯薄膜晶体管器件性能提出明确的方向.此外,本文还提出一种新的并五苯单晶生长方法,即从并五苯单层膜在惰性常压气氛中熟化开始,通过两步法生长出高质量大尺寸的并五苯单晶.我们系统探讨了并五苯单层膜向单晶转变时的分子热力学、动力学过程,为后续单晶体器件的研究奠定了基础.     

化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷

提出了采用流延法(tape casting,TC)结合化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)制备碳化硅晶须(SiCw)/Si C层状结构陶瓷的方法,分析了TC-CVI方法的特点,研究了制备工艺对层状结构陶瓷力学性能和微观结构的影响,探讨了SiCw/Si C层状结构陶瓷的强韧化机理.结果表明,TC-CVI制备方法一方面能够提高晶须体积分数,减少制备过程中对晶须的损伤并且致密化单层,保持整个制备过程中材料体积无收缩,从而有效地提高材料的强度;另一方面,TC-CVI制备方法能够较好地控制层内(晶须/基体)及层间(单层/单层)界面结合强度,进而提高材料的韧性.SiCw/Si C层状结构陶瓷中晶须含量可达40%(体积分数),其弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性分别为315 MPa,158 MPa和8.02 MPa m1/2.层状结构陶瓷材料的单层厚度对材料致密性及层间界面结合强度产生显著影响;晶须表面状态对层内界面结合强度有重要作用.SiCw/Si C层状结构陶瓷充分发挥层状结构与晶须协同增韧作用,层间裂纹偏转,层内裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等为主要的增韧机制.     

探究自旋为1和3/2的亚铁磁系统出现补偿温度的原因

基于格林函数方法,通过采用Tyablikov和Callen近似分别对系统最近邻交换耦合项和单粒子各向异性项进行退耦,研究了三维各向异性的混合自旋亚铁磁系统的磁性质,详细探讨了单粒子各向异性对系统补偿温度的影响,并对系统出现补偿温度的机理进行了分析.结果表明:当小自旋的单粒子各向异性D_a增大时,其子晶格磁化强度随温度下降的速度要比大自旋子晶格的磁化强度慢.当D_a增大到一定值时,如D_a~(min),系统出现补偿点,且补偿点随着D_a的增大而减小.同时,当其他参数取值变化时,D_a~(min)的大小也随之变化.这表明D_a~(min)的取值是依赖系统其他参数取值的.但如果D_a为零时,无论其他参数为何值,系统都不会出现补偿温度.因此,对于本文所研究的亚铁磁模型,出现补偿温度的前提条件是必须考虑小自旋的单粒子各向异性,且其取值存在一个最小值,即:D_a~(min).当且仅当D_a≥D_a~(min)时,系统出现补偿温度,否则补偿温度消失.     

计算R_2Fe_(14)B型化合物磁晶各向异性的新理论模型

R_2Fe_(14)B型化合物(R为稀土元素)是一类重要的磁性化合物。这类化合物的一个重要特点是具有很强的磁晶各向异性,并且随着稀土元素的不同,其磁晶各向异性表现出非常复杂的特点。关于Nd_2Fe_(14)B和Pr_2Fe_(14)B的磁晶各向异性已经有不少人采用单离子模型并对晶场取点电荷近似进行过计算,其结果只能定性或半定量地解释这两种化合物的磁晶各向异性随     

40m单层球面网壳结构稳定性分析

文章以40m跨单层网壳结构为研究对象,采用MIDAS GEN建立空间力学计算模型并求解.对结构进行弹性屈曲分析,考虑了初始缺陷和几何非线性对稳定安全系数的影响,能较精确地得出结构的稳定极限承载力.