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探索微纳尺度润湿动力学:长针式原子力显微镜的应用与进展

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力学学报 2024年第6期56卷 1497-1510页

作者：关东石聂鹏程闫财山郭永杰童彭尔中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 香港科技大学物理系中国香港999077

“如何在微观层面测量界面现象”是微纳尺度实验流体力学的关键科学问题,被列入世界前沿125个科学问题名单(Sanders S,Science,2021).由于光学衍射极限的限制,传统光学手段很难直接测量微纳尺度下的流动与界面现象.利用原子力显微镜的... 详细信息

“如何在微观层面测量界面现象”是微纳尺度实验流体力学的关键科学问题,被列入世界前沿125个科学问题名单(Sanders S,Science,2021).由于光学衍射极限的限制,传统光学手段很难直接测量微纳尺度下的流动与界面现象.利用原子力显微镜的精准操控和小尺度力学测量等优势,结合长针式探针组装成的微流变计可以直接测量气-液-固三相接触线上的毛细力,并监测探针在垂直方向运动中力的动态变化.通过该技术手段,可以实现对流体界面的动力学行为以及各类材料在液体环境中力学性质在微纳尺度的精确表征.文章将系统介绍长针式原子力显微镜技术的实验原理和方法,及其在微纳尺度非理想界面润湿动力学中的最新研究进展,包括低能垒表面毛细力的速度依赖性与非对称性、无序粗糙表面接触线黏滑运动的统计学规律、柔性表面接触线动力学的状态与速度定律、以及离子液体-金属界面处电场对接触角迟滞的调控等,最后展望了该技术在新兴领域中的应用.该实验手段为检验各类理论模型与数值模拟提供了可信数据,为探究界面上复杂现象的物理本质提供参考.

关键词：微纳尺度流动与界面流动三相接触线润湿动力学原子力显微镜流固界面

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由多孔弹性和粘弹性主导的水凝胶弛豫转折行为

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由多孔弹性和粘弹性主导的水凝胶弛豫转折行为

中国力学大会-2021+1

作者：李航宇关东石中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

一、研究介绍研究背景:水凝胶是一类典型的软物质,近些年来在生物医学、制药等领域得到了广泛的应用。近些年的研究发现,水凝胶的弛豫行为在其应用中发挥着重要作用。由于弛豫机理的不同,水凝胶的弛豫存在转折行为,该现象已在细胞、组...

一、研究介绍研究背景:水凝胶是一类典型的软物质,近些年来在生物医学、制药等领域得到了广泛的应用。近些年的研究发现,水凝胶的弛豫行为在其应用中发挥着重要作用。由于弛豫机理的不同,水凝胶的弛豫存在转折行为,该现象已在细胞、组织等软物质系统中被发现,但未有系统研究的报道。科学问题:弛豫是水凝胶等软物质的基本特征,研究水凝胶的弛豫行为是研究软物质科学的重要组成部分。研究意义:弛豫转折行为桥连着物体内部物理过程的转变,对设计水凝胶及研究生命系统的生命过程具有重要意义。

关键词：

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离子液体在金属壁面的接触角迟滞与调控

离子液体在金属壁面的接触角迟滞与调控

第十二届全国流体力学学术会议

作者：聂鹏程蒋玺恺郑旭关东石中国学院科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

室温离子液体是一类独特的新型材料,被用于电化学、摩擦学、超级电容等众多领域。它一方面呈现流体的物质状态,另一方面在分子之间强库伦相互作用下呈现出熔盐的特质,这些独特的性质使得它的界面现象很难被传统流体或稀电解质理论所解... 详细信息

室温离子液体是一类独特的新型材料,被用于电化学、摩擦学、超级电容等众多领域。它一方面呈现流体的物质状态,另一方面在分子之间强库伦相互作用下呈现出熔盐的特质,这些独特的性质使得它的界面现象很难被传统流体或稀电解质理论所解释。本报告将介绍利用长针型原子力显微镜技术研究离子液体在金属壁面的微纳尺度接触线动力学行为。我们实验发现离子液体在金属表面的接触角迟滞在不同电压下显示出明显的转变。通过分子动力学模拟发现带电界面上由离子液体形成的类固体层发生了变化。综合实验和计算展示了一种不同于传统电润湿的,由固体表面能量变化来控制离子液体界面层的重新排列,从而引起流体界面接触角迟滞转变的新机制。

关键词：接触角迟滞移动接触线离子液体原子力显微镜技术

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探索微纳米世界的手——原子力显微镜

力学与实践 2021年第5期43卷 806-811页

作者：李航宇聂鹏程关东石中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190

显微镜的发展让人类看到了真实的微纳米世界,原子力显微镜的出现则让我们进一步直接接触并感知其中的力学相互作用。借助这只微纳尺度的手,原子力显微镜技术越来越多地帮助我们探索和理解微纳米世界,甚至是生命世界。本文介绍了显微镜... 详细信息

显微镜的发展让人类看到了真实的微纳米世界,原子力显微镜的出现则让我们进一步直接接触并感知其中的力学相互作用。借助这只微纳尺度的手,原子力显微镜技术越来越多地帮助我们探索和理解微纳米世界,甚至是生命世界。本文介绍了显微镜的发展,原子力显微镜的力学测量原理,以及在活细胞力学研究中的应用。

关键词：原子力显微镜微纳米尺度弹性模量细胞力学

基于原子力显微镜技术的相分离凝聚物的物性表征

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基于原子力显微镜技术的相分离凝聚物的物性表征

2021年全国生物相分离和相变学术研讨会

作者：关东石非线性力学国家重点实验室中国科学院力学研究所

生物相分离凝聚物,被誉为细胞里的"暗物质",它的形成机制与物性转变蕴含着生命活动的基本规律,与人类健康息息相关其力学性质是区分凝聚物状态,如液态、凝胶态、固态等,判断生物功能和健康状态的重要依据,而对该类生物复杂介质中极软物... 详细信息

生物相分离凝聚物,被誉为细胞里的"暗物质",它的形成机制与物性转变蕴含着生命活动的基本规律,与人类健康息息相关其力学性质是区分凝聚物状态,如液态、凝胶态、固态等,判断生物功能和健康状态的重要依据,而对该类生物复杂介质中极软物质的精确物性表征在国际上仍是重要难题发展适用于生物相分离系统的微纳尺度力学探针和精确诊断技术是获得相分离凝聚物物质状态的定量数据,揭示生物相分离机制,建立物性和健康状态的关联,突破研究瓶颈的关键本报告将简介原子力显微镜技术在生物相分离凝聚物物性表征中的应用,并对今后的技术发展和交叉研究做出展望。

关键词：相分离凝聚物物性表征软物质粘弹性原子力显微镜

光的偏振性对Hanbury Brown-Twiss实验的影响

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量子光学学报 2009年第3期15卷 201-206页

作者：李璐关东石刘宏超张素恒熊俊北京师范大学物理系

在理论和实验上研究了完全偏振光的不同偏振态和光的偏振度对Hanbury Brown-Twiss实验二阶关联函数g(2)的影响。实验中用线偏振光通过1/4波片获得椭圆偏振光,并通过旋转波片实现对完全偏振光偏振态的改变;用两束振动方向相互垂直,传播... 详细信息

在理论和实验上研究了完全偏振光的不同偏振态和光的偏振度对Hanbury Brown-Twiss实验二阶关联函数g(2)的影响。实验中用线偏振光通过1/4波片获得椭圆偏振光,并通过旋转波片实现对完全偏振光偏振态的改变;用两束振动方向相互垂直,传播方向相同且相位差随机的线偏振光合成部分偏振光,并通过调节一束光的光强实现对合成光偏振度的改变。结果表明:对于完全偏振光,其偏振态的改变对g(2)没有影响;对于不同偏振度P的光源,g(2)为P的二次函数。特殊地,自然光情况下P=0,g(2)的理论最大值为1.5;完全偏振光情况下P=1,g(2)的理论最大值为2。理论与实验符合得较好。

关键词：量子光学偏振 Hanbury Brown—Twiss实验热光关联

2022年女篮世界杯四强队伍决赛阶段阵地进攻有球掩护配合运用分析

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2022年女篮世界杯四强队伍决赛阶段阵地进攻有球掩护配合运用分析

作者：王东石广州体育学院

学位级别：硕士

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土地征收成片开发法律规制研究

土地征收成片开发法律规制研究

作者：关东强河北大学

学位级别：硕士

一般认为,土地征收成片开发发端于上世纪50年代的城市开发建设活动实践,是“开发一片、成熟一片”这一开发建设认识的制度化举措,如1956年5月国务院常务会议所通过的《关于加强新工业区和新工业城市建设工作几个问题的决定》就曾提出,... 详细信息

一般认为,土地征收成片开发发端于上世纪50年代的城市开发建设活动实践,是“开发一片、成熟一片”这一开发建设认识的制度化举措,如1956年5月国务院常务会议所通过的《关于加强新工业区和新工业城市建设工作几个问题的决定》就曾提出,要“采取分期分区、成街成片集中建设的办法,克服城市建设中的紊乱现象”。在上世纪90年代,作为一个特殊制度安排,土地征收成片开发制度得以正式确立,如国务院于1990年5月19日颁布的《外商投资开发经营成片土地暂行管理办法》(该《办法》已失效)对其予以专门规定。2019年修正通过的新《中华人民共和国土地管理法》则首次从法律层面对其予以了正式规定,而后自然资源部印发的《土地征收成片开发标准(试行)》(已失效,现行依据为自然资源部于2023年10月31日印发的《土地征收成片开发标准》)则对其予以了系统规定。随着制度的不断完善、认识的逐渐深化,土地征收成片开发制度宗旨以实现了由单纯的以经济开发为导向到维护公益与经济开发并重的转变。土地征收成片开发对促进经济社会发展,尤其是推动城市开发建设发挥了十分重要的作用,但同时需要予以准确认知的是,土地征收成片开发制度尚存在包括公益性定位存在争议、监督机制有待健全等问题与困境。综上,面对土地征收制度改革的新实践,土地征收成片开发制度面对实践中的相关问题,需要落实诸如完善相关立法、加强公益性落实、强化相关权力监督方式等方法来实现制度完善。这不仅关系着政府的权威与形象,还影响着法治的完善与国家、社会的未来发展。鉴于此,本文以土地征收成片开发制度为研究对象,运用文献分析和比较分析等相关方法,通过阅读查找国内外相关文献并进行对比分析,分四个部分进行论述与探讨。第一部分从土地征收成片开发的基本理论内容入手,通过梳理土地征收成片开发的概念、特征、价值、理论依据等内容,加强理论认识,为后续深入发现其所存在的问题并提出解决对策提供理论基础;第二部分以当下土地征收成片开发相关规定与当前土地征收成片开发制度的具体落实情况为背景,对土地征收成片开发制度现存问题予以深入分析;第三部分从域外的相关法律制度与实践入手,通过考察德国、美国在土地征收与征收开发领域的相关实践以及制度建设情况,总结相关的制度经验,运用对比研究的方法,并结合已梳理出的具体问题和国内具体国情,进行相关经验的研究与借鉴可行性分析。第四部分以提出的相关问题为基础,综合相关域内域外实践经验教训与理论内容,对应前文所提出的相关争议与问题进行有针对性的回复,从完善立法保障、厘清公益性定位、健全监督机制三个角度提出相关完善建议,即完善土地征收成片开发立法保障、厘清土地征收成片开发的公益性并加以落实、健全土地成片开发征收实施监督机制等措施。全文对上述四个部分内容进行论述分析,力求尽可能明晰与理解土地征收成片开发的制度设计与运行过程,并在此基础上为实现制度完善与问题解决提供相应思路参考。

关键词：土地征收成片开发公共利益监督机制

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软表面浸润的速度-状态依赖性与微观机理

软表面浸润的速度-状态依赖性与微观机理

第十一届全国流体力学学术会议

作者：关东石 Elisabeth Charlaix 童彭尔中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室法国格勒诺布尔大学物理交叉学科实验室香港科技大学物理系

流体界面在固体表面的运动在现实生活中普遍存在,其所涉及气-液-固三相物质之间的相互作用和三相接触线的动力学行为,是力学、物理、材料等学科致力解决的重要基础性问题之一。三相接触线在非理想表面运动时通常呈现粘滑运动(钉扎-脱钉... 详细信息

流体界面在固体表面的运动在现实生活中普遍存在,其所涉及气-液-固三相物质之间的相互作用和三相接触线的动力学行为,是力学、物理、材料等学科致力解决的重要基础性问题之一。三相接触线在非理想表面运动时通常呈现粘滑运动(钉扎-脱钉)的特征,该动力学特征在各种失衡的无序系统中广泛存在。比如,磁畴壁和涡旋线的动力学、固体摩擦、晶体和玻璃态材料的塑性变形、断层地震和雪崩现象等。由于接触老化,钉扎强度通常呈现出随时间的增加而增强的趋势。然而,由于缺乏直接测量钉扎-脱钉转变的实验手段,这种与状态和速率有关的非线性动力学行为的微观机理仍未得到很好的理解。本研究将原子力显微镜应用于微纳尺度界面流体力学的测量(Guan et ***.116,066102 (2016)&***.E 94,042802(2016))。通过在原子力显微镜探针的微棒上附着柔性聚合物薄膜,精确控制微棒在气液界面运动的速度与状态,系统地研究了移动接触线在软物质表面上的动力学特征。实验通过测量毛细力迟滞环,首次发现静态接触线在脱钉时呈现明显的力过冲,并且过冲幅度随保持时间和运动速度呈对数增长,而动态接触线的速度依赖性与静态接触线呈现相反的趋势。通过给出定量的力学模型,提出软表面上浸润脊的缓慢增长(老化现象)与布朗运动协助跨垒的共同影响是移动接触线粘滑运动具有状态和速率依赖性的微观力学起源(Guan et ***.124,188003(2020))。该工作不仅能够在控制液滴在软表面(如凝胶、皮肤)上的运动和蒸发中具有重要的应用,也对理解摩擦等系统中粘滑运动的微观机理具有重要意义。

关键词：三相接触线软物质浸润脊力过冲原子力显微镜