光子晶體熱控涂層的力學(xué)行為研究.pdf

1、在近地空間,飛行器飛行時(shí)與空氣高速摩擦使其外蒙皮需要承受極高的溫度。因此,提高反射效率成為熱防護(hù)技術(shù)亟待解決的一項(xiàng)重大難題。光子晶體是一種新型的熱控涂層材料,作為結(jié)構(gòu)和熱功能材料,光子晶體在使用過程中常常會受到多種載荷作用,研究其力學(xué)性能對光子晶體制備方法的改進(jìn)、材料性能的優(yōu)化以及指導(dǎo)其實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。
　　目前,對于光子晶體的研究主要集中在光子晶體的制備和光學(xué)性能的研究,對于力學(xué)的研究甚少。由于光子晶體一般由兩種不同性質(zhì)

2、材料組成,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其力學(xué)性能與基體材料相比差異較大。類似結(jié)構(gòu)的研究主要是對泡沫金屬的力學(xué)性能等的研究,但光子晶體的顆粒的尺寸一般在納米級別,其結(jié)構(gòu)性能不同于泡沫金屬。為了全面系統(tǒng)的研究光子晶體的力學(xué)性能,本文采用理論建模、數(shù)值模擬與納米壓痕實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對光子晶體的力學(xué)行為進(jìn)行研究,具體研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　首先,為了獲得納米壓痕實(shí)驗(yàn)所需的光子晶體,本文利用斜面自組裝法在基底材料上制備聚苯乙烯微球的膠體模板,并通

3、過電沉積法在膠體模板上制備光子晶體。利用掃描電鏡對不同制備參數(shù)下的光子晶體微觀形貌進(jìn)行研究,確定具有最佳微觀形貌特征的光子晶體的制備參數(shù)。
　　其次,通過數(shù)學(xué)建模的方法對光子晶體的力學(xué)性能進(jìn)行研究。研究光子晶體的力學(xué)性能的影響因素,推導(dǎo)光子晶體彈性模量、切向模量和體積模量的計(jì)算公式。并通過有限元仿真的方法對光子晶體和實(shí)體材料的力學(xué)性能進(jìn)行研究。研究壓入深度對硬度和彈性模量等材料力學(xué)性能參數(shù)的影響。
　　最后,利用納米壓痕技術(shù)