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An inverse problem in film/substrate indentation:extracting both the Young's modulus and thickness of films

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Acta Mechanica Sinica 2018年第6期34卷 1061-1071页

作者： Yin Zhang Feifei Gao zhiyue zheng Zhihai Cheng State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics(LNM) Institute of MechanicsChinese Academy of SciencesBeijing 100190China School of Engineering Science University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Department of Physics and Beijing Key Laboratory of Optoelectronic Functional Materials and Micro-Nano Devices Renmin University of ChinaBeijing 100872China

In an indentation test,the effective Young's modulus of a film/substrate bilayer heterostructure varies with the indentation depth,a phenomenon known as the substrate effect.In previous studies investigating this,only the Young's modulus of the film was unknown.Once the effective Young's modulus of a film/substrate structure is determined at a given contact depth,the Young's modulus of the film can be uniquely determined,i.e.,there is a one-to-one relation between the Young's modulus of the film and the film/substrate effective Young's modulus.However,at times it is extremely challenging or even impossible to measure the film thickness.Furthermore,the precise definition of the layer/film thickness for a two-dimensional material can be problematic.In the current study,therefore,the thickness of the film and its Young's modulus are treated as two unknowns that must be determined.Unlike the case with one unknown,there are infinite combinations of film thickness and Young's modulus which can yield the same effective Young's modulus for the film/substrate.An inverse problem is formulated and solved to extract the Young's modulus and thickness of the film from the indentation depth-load curve.The accuracy and robustness of the inverse problem-solving method are also demonstrated.

关键词： Indentation test Film Substrate Inverse problem

High harmonic exploring on different materials in dynamic atomic force microscopy

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Science China(Technological Sciences) 2018年第3期61卷 446-452页

作者： zheng zhiyue XU Rui YE ShiLi HUSSAIN Sabir JI Wei CHENG Peng LI YanJun SUGAWARA Yasuhiro CHENG ZhiHai CAS Center for Excellence in Nanoscience and Key Laboratory of Standardization and Measurement for Nanotechnology National Center for Nanoscience and Technology Beijing 100190 China Department of Physics Renmin University of China Beijing 100872 China The State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology Department of Instrument Science and Technology School of Mechanical Science and Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China University of Chinese Academy of Sciences Belting 100049 China Asylum Research Santa Barbara 93117 USA Department of Applied Physics Graduate School of Engineering Osaka University Osaka 565-0871 Japan

In atomic force microscopy(AFM), high-frequency components consisted in dynamic tip-sample interaction have been recently demonstrated as a promising technique for exploring more extensive material properties. Here we present an exploratory study of high harmonic atomic force microscopy by force-spectroscopy and high harmonic imaging. Since these components are very weak compared to the fundamental response, we firstly designed a high harmonic cantilever by tuning the second order flexural resonance frequency to an integer 6 times of its fundamental mode(i.e. ω_2=6ω_1). Moreover, it is verified that high harmonic can discern extra features than topographies on different samples with amplitude/frequency modulation(AM/FM) dynamic AFM mode. In AM mode, the first resonance amplitude and 6 th harmonic amplitude were discussed. The 6 th harmonic is more sensitive than the first order response. In FM mode, it is noted that the decaying rate of the 6 th harmonic frequency is approximately 6 multiples to the slope of the fundamental frequency shift when the tip approaches to the surface of sample. This non-destructive method was also adopted to investigate the local interlayer coupling and intercalation in the two-dimensional graphene films tentatively.

关键词：材料性质显微镜原子力泛音频率调整振幅和相互作用非破坏性

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小管径管翅式换热器气压胀接成形机理研究

力学学报 2023年第2期55卷 554-563页

作者：郑智跃蒋占四丁泽良杜王芳李凯陈雪桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004 珠海华星智能技术有限公司广东珠海519000 中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

管翅式换热器是制冷行业中最常用的换热器形式,其换热管的胀接性能决定了换热器的传热性能.本文提出了管翅式换热器的三维流−固耦合模型,采用单向流固耦合瞬态数值模拟方法,对小管径管翅式换热器的流体和固体域的流动和变形特征开展了... 详细信息

管翅式换热器是制冷行业中最常用的换热器形式,其换热管的胀接性能决定了换热器的传热性能.本文提出了管翅式换热器的三维流−固耦合模型,采用单向流固耦合瞬态数值模拟方法,对小管径管翅式换热器的流体和固体域的流动和变形特征开展了数值研究.计算结果表明:根据换热管和翅片的胀接成形要求和胀后管径要求,气压胀接压力的合理范围为P=12.5 MPa,与理论公式推导值一致.根据管翅应力随时间变化的规律可知,换热管接头处应力远大于其屈服极限66 MPa,翅片接头处应力刚好略大于其屈服极限132 MPa,满足胀接成形要求.胀后的换热管直径随着压力的增加其管径增大,换热管的径向位移在水平方向较小,垂直方向较大,其最大和最小位移差约为0.03 mm.探究了管翅间残余接触压力随胀接压力的变化,残余接触压力随胀接压力的变化可分为三个阶段.结果表明当胀接压力使得翅片内孔发生屈服后,继续增大胀接压力会导致胀接不完全.最后研究了保压时间的影响,结果表明保压时间的增加对胀接效果并没有明显影响.相关结果可为工程实际中小管径管翅式换热器气压胀接工艺提供理论指导.

关键词：小管径管翅式换热器流固耦合气压胀接

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高次谐振微悬臂的有限元设计与分析

中国科学：技术科学 2016年第10期46卷 1086-1096页

作者：郑志月许瑞程志海国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越中心和纳米标准与检测重点实验室北京100190

多频原子力显微术(MF-AFM)是近些年发展的包含一大类先进原子力显微术的新技术,具有很高的空间分辨率,不仅可以实现更多样品物性的表征,还具有时间分辨的非线性力的探测能力.MF-AFM的基本原理是对微悬臂探针的多个振动频率进行激励和探... 详细信息

多频原子力显微术(MF-AFM)是近些年发展的包含一大类先进原子力显微术的新技术,具有很高的空间分辨率,不仅可以实现更多样品物性的表征,还具有时间分辨的非线性力的探测能力.MF-AFM的基本原理是对微悬臂探针的多个振动频率进行激励和探测,而这些振动频率通常与微悬臂的高次谐波振动或本征模式有关,因此,实现这一新技术的关键是设计特殊的微悬臂.传统AFM中应用较为广泛的颇具代表性的传统微悬臂有硅微悬臂与石英音叉微悬臂等.传统矩形硅微悬臂的二阶弯曲本征模式与基础模式的频率比为6.27,而石英音叉微悬臂的二阶弯曲本征模式与基础模式的频率之比无统一的值,但均为非整数,直接利用传统微悬臂去探测高次谐振信号是非常困难的.基于微悬臂的共振放大效应,本文通过改变微悬臂的质量分布,讨论了传统硅微悬臂和石英音叉微悬臂本征模式的变化,调谐其高阶本征模式与基础模式间频率的耦合关系.通过理论计算和有限元分析,设计了二阶弯曲本征模式与基础模式的频率比为整数倍关系的特殊硅微悬臂与石英高次谐振型微悬臂,部分特殊微悬臂还涉及了一阶扭转模式与基础模式的耦合.

关键词：多频原子力显微术微悬臂高阶模式高次谐振有限元分析

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多频原子力探针显微技术

中国科学：技术科学 2016年第5期46卷 437-450页

作者：郑志月许瑞程志海国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越中心和纳米标准与检测重点实验室北京100190

不断提高空间分辨率、数据采集速度以及实现材料性质的成像,一直以来就是原子力显微术的发展目标.目前,最可能实现这一目标的手段是近些年发展的多频原子力显微术.多频原子力显微术,即利用多频率激励和/或多频率探测微悬臂的振动信号来... 详细信息

不断提高空间分辨率、数据采集速度以及实现材料性质的成像,一直以来就是原子力显微术的发展目标.目前,最可能实现这一目标的手段是近些年发展的多频原子力显微术.多频原子力显微术,即利用多频率激励和/或多频率探测微悬臂的振动信号来研究样品纳米物性的一大类AFM技术.它可以实现针尖与样品间作用非线性信息的提取,在组分探测灵敏度、时间和空间成像分辨率等方面展现了巨大的优势.文中综述了多频原子力显微术所包含的不同实现方法的基本原理,并介绍了它们在高分辨成像、纳米力学、材料、生物等方面的前沿应用实例.此外,为探索多频原子力显微术,我们提出了一种特殊的高次谐振型石英音叉微悬臂模型.最后,文章展望了多频原子力显微术的下一步技术发展和应用研究.

关键词：多频原子力显微术非线性相互作用高次谐振高阶模式

骨桥蛋白对骨髓间充质干细胞核力学特性的影响及相关分子机制

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医用生物力学 2018年第3期33卷 255-261页

作者：钱泽仪郑茈月宋关斌重庆两江育才中学重庆410020 重庆大学生物工程学院重庆400030

目的研究骨桥蛋白（osteopontin,OPN）对骨髓间充质干细胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells,BMSCs）核力学特性的影响及相关分子机制。方法采用Transwell法分析BMSCs迁移能力。利用原子力显微镜（atomic force microscope,AFM）检测细胞核弹性模量,分析OPN作用下BMSCs细胞核硬度的变化。通过Western blot技术检测OPN作用对黏着斑激酶（focal adhesion kinase,FAK）和胞外信号调节激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK 1/2）的影响,并利用FAK或ERK1/2抑制剂考察FAK-ERK1/2信号通路在OPN影响BMSCs核力学特性中的作用。通过RT-PCR和Western blot技术检测OPN作用下核纤层蛋白Lamin A/C的表达变化。结果 OPN处理组细胞核弹性模量与对照组相比明显降低。OPN作用显著上调FAK、ERK1/2磷酸化水平,加入FAK或ERK1/2抑制剂在一定程度上回救OPN降低的细胞核弹性模量,并显著抑制BMSCs迁移。OPN处理BMSCs后Lamin A/C mRNA和蛋白水平的表达出现下调,但FAK或ERK1/2抑制剂能够抑制OPN诱导的Lamin A/C表达下调。结论 OPN可能通过FAK-ERK1/2信号通路下调BMSCs核骨架蛋白Lamin A/C表达,降低细胞核硬度,促进BMSCs迁移。该研究结果为深入认识OPN调控BMSCs迁移行为的机制及其临床应用提供了实验依据。

关键词：骨桥蛋白骨髓间充质干细胞核力学 FAK-ERK1/2信号途径细胞迁移

饲粮非植酸磷水平对14日龄仔鹅肠道组织形态、食糜酶活性及菌群结构的影响

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动物营养学报 2024年第3期36卷 1674-1684页

作者：黄春慧李宁胥蕾正旭城杨海明王志跃扬州大学动物科学与技术学院扬州225009

本试验旨在通过研究饲粮非植酸磷(NPP)水平对14日龄仔鹅肠道生长、肠道重要酶活性、肠道组织形态以及空肠菌群结构的影响,探究NPP水平影响仔鹅生长性能的作用机制。选取216只1日龄的江南白鹅公鹅,随机分为3组,每组6个重复,每个重复12只... 详细信息

本试验旨在通过研究饲粮非植酸磷(NPP)水平对14日龄仔鹅肠道生长、肠道重要酶活性、肠道组织形态以及空肠菌群结构的影响,探究NPP水平影响仔鹅生长性能的作用机制。选取216只1日龄的江南白鹅公鹅,随机分为3组,每组6个重复,每个重复12只。3组饲粮NPP水平依次为0.08%(低磷组,LP组)、0.38%(对照组,CP组)、0.80%(高磷组,HP组)。试验期14 d。结果表明:1)LP组十二指肠、空肠和回肠的绝对长度、绝对重量显著低于CP组和HP组(P0.05);而LP组肠道相对长度均显著高于CP组和HP组(P0.05),LP组和CP组空肠和回肠的相对重量显著高于HP组(P0.05)。3)不同组间各肠段的绒毛高度、隐窝深度、肌层厚度无显著差异(P>0.05)。4)LP组空肠代尔夫特菌属(Delftia)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)、不动杆菌属(Acinetobacter)和黄杆菌属(Flavobacterium)的相对丰度显著高于CP组和HP组(P0.05)。综上所述,仔鹅饲粮NPP水平过低可代偿性地增加肠道相对长度,但其造成的肠道功能性酶活性下降、空肠菌群结构失衡可能是饲粮低磷导致仔鹅生长性能下降的重要原因;同时鹅可耐受高达0.80%的NPP且对仔鹅早期肠道发育、空肠菌群结构无负面影响。

关键词：鹅非植酸磷肠道微生物

Geometric deep learning: progress, applications and challenges

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Science China(Information Sciences) 2022年第2期65卷 238-240页

作者： Wenming CAO Canta zheng zhiyue YAN Weixin XIE College of Electronics and Information Engineering Shenzhen University

Deep learning technology,like convolutional neural networks,has been widely used in machine learning applications such as image detection and classification,speech processing,natural language processing and cross-modal retrieval[1].Although deep learning technology has achieved great success in various fields,it has been unable to match non-Euclidean data effectively.In this context,

关键词： Geometric deep learning manifold deep learning CNN Graph convolutional neural networks high-dimensional information

淀粉类粘合剂对高纤维饲料冷制粒颗粒质量的影响

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中国饲料 2024年第13期 34-41页

作者：郑仕文陈金朋胥蕾付胜勇成文韬杨海明王志跃扬州大学动物科学与技术学院江苏扬州225009 江苏省家禽科学研究所江苏扬州225009

冷制粒的高纤维颗粒饲料对部分家禽具有降低饲料成本,促进肠道健康的作用,但高粗纤维颗粒饲料的冷制粒生产常存在颗粒质量不佳的问题。本试验旨在通过评价不同种类和配制比例的淀粉类粘结剂对部分家禽高纤维饲料冷制粒的颗粒质量的影响... 详细信息

冷制粒的高纤维颗粒饲料对部分家禽具有降低饲料成本,促进肠道健康的作用,但高粗纤维颗粒饲料的冷制粒生产常存在颗粒质量不佳的问题。本试验旨在通过评价不同种类和配制比例的淀粉类粘结剂对部分家禽高纤维饲料冷制粒的颗粒质量的影响,筛选提高颗粒质量的粘结剂和应用水平。试验分为10个处理,对照组为通过稻壳配制粗纤维含量为8.0%的高纤维基础饲粮;试验组9个,采用3×3双因素设计,因素一为粘结剂,分别为高筋面粉、预糊化淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉钠;因素二为粘结剂水平,用粘结剂分别替代基础饲粮重量的1.5%、3%、4.5%。结果表明:(1)阴干3 h后,随着粘合剂种类的变化(高筋面粉~辛烯基琥珀酸淀粉钠),颗粒饲料的稳定性极显著提高(P 0.05)。在高纤维饲料中使用1.5%的辛烯基琥珀酸淀粉钠作为粘合剂,阴干24 h,可使高纤维饲料获得最佳冷制粒颗粒质量。

关键词：冷制粒颗粒饲料颗粒质量高纤维粘合剂淀粉