一維納米結(jié)構(gòu)力學(xué)性能尺寸效應(yīng)的實驗及理論研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，納米結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的實驗測量和建模引起了廣泛的關(guān)注。本文針對一維納米結(jié)構(gòu)的彈性模量，尤其是尺寸效應(yīng)相關(guān)的問題進行了實驗和理論建模研究。本文對納米結(jié)構(gòu)的研究主要集中在中等尺寸聚合物納米纖維，直徑100～1200納米和超細金屬納米桿，直徑小于10納米。直徑大于1200納米的“宏觀”纖維中，沒有顯示出明顯的尺寸效應(yīng)。
　　 實驗部分，本文采用靜電紡絲技術(shù)制備了不同直徑的PCL納米纖維，并對單根PCL納米纖維進行了

2、軸向拉伸、靜態(tài)彎曲和動態(tài)彎曲三種類型的實驗。實驗中發(fā)現(xiàn)納米纖維的橫截面積是橢圓形，影響了分析結(jié)果的精度。本文分別利用AFM和SEM的測量數(shù)據(jù)，引入垂直直徑和水平直徑，對結(jié)果進行了修正。為研究納米纖維的尺寸效應(yīng)，對直徑變化范圍在100～1200納米的納米纖維的力學(xué)性能進行了實驗研究。實驗研究結(jié)果顯示，在納米纖維彎曲實驗中，纖維彈性模量隨納米纖維直徑的變化呈現(xiàn)相反的變化趨勢，即直徑越小，彈性模量越大，但對纖維拉伸實驗的統(tǒng)計結(jié)果沒有顯示出尺寸

3、效應(yīng)。
　　 為了分析納米纖維的尺寸效應(yīng)，本文對應(yīng)變梯度理論進行了部分的改進，發(fā)展了應(yīng)變梯度彈性理論的動力學(xué)模型。該模型能描述納米纖維彎曲時出現(xiàn)尺寸效應(yīng)，而拉伸時無尺寸效應(yīng)的情況，并且模型與實驗數(shù)據(jù)符合良好。本文發(fā)展的應(yīng)變梯度理論模型還預(yù)測了納米纖維固有頻率的尺寸效應(yīng)變化趨勢。
　　 為了進一步分析超細納米桿的尺寸效應(yīng)，本文發(fā)展了晶格理論的原子模型。晶格模型適應(yīng)于解釋超細納米桿在拉伸情況下的微小的尺寸效應(yīng)，這一結(jié)論好像與