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基于第一性原理的无铅无机钙钛矿Cs_(3)Bi_(2)X_(9)(X=Cl、Br、I)光电性能表面效应研究

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无机化学学报 2024年第3期40卷 555-560页

作者：彭程韦建卫陈亚婷胡南曾晖重庆理工大学理学院重庆400052 南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094

用基于第一性原理的密度泛函理论方法,对Cs_(3)Bi_(2)X_(9)(X=Cl、Br、I)的光电特性进行理论计算,并系统阐述这3种晶体的表面效应对光电性能的影响。结果表明,3种材料的光学特性由铋原子和卤素原子最外层p轨道上的价电子主导。在可见光... 详细信息

用基于第一性原理的密度泛函理论方法,对Cs_(3)Bi_(2)X_(9)(X=Cl、Br、I)的光电特性进行理论计算,并系统阐述这3种晶体的表面效应对光电性能的影响。结果表明,3种材料的光学特性由铋原子和卤素原子最外层p轨道上的价电子主导。在可见光区中,材料的吸收峰会随卤素原子序数的增加呈现红移,其中一维结构的Cs_(3)Bi_(2)Cl_(9)表面结构在光吸收能力上尤为特别且敏感;二维结构的Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)光吸收能力会受厚度影响;零维结构的Cs_(3)Bi_(2)I_(9)非常稳定,且几乎不受表面特性和晶体厚度的影响。

关键词：表面效应 Cs_(3)Bi_(2)X_(9) 钙钛矿第一性原理

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表面效应对含缺陷非均质材料等效模量的影响

表面效应对含缺陷非均质材料等效模量的影响

作者：杜晓荷西安理工大学

学位级别：硕士

具有孔洞、夹杂和裂纹等杂质或缺陷的非均质材料,其宏观力学行为会受到内部非均质结构的影响,经过不同结构之间的组合和协同作用,可能实现性能上的优化,从而满足不同领域对材料性能的不同要求。对于杂质或缺陷尺寸处于纳米级别的非均质... 详细信息

具有孔洞、夹杂和裂纹等杂质或缺陷的非均质材料,其宏观力学行为会受到内部非均质结构的影响,经过不同结构之间的组合和协同作用,可能实现性能上的优化,从而满足不同领域对材料性能的不同要求。对于杂质或缺陷尺寸处于纳米级别的非均质材料,表面效应的存在使其具有特殊的力学性能。为了更好地发挥纳米非均质材料在工程实际中的应用,需要从细观结构出发预测其宏观力学性能。本文采用有限元方法,对基体和表面分别建立有限元模型,研究了表面效应对非均质材料等效模量的影响。主要研究内容分为以下四个部分:(1)利用经典弹性模型,运用有限元软件Abaqus研究了多孔材料的等效性质。分别用载荷-位移曲线方法和能量法计算了圆孔材料的等效弹性模量和等效剪切模量。结果表明,材料的孔隙率越大,等效模量越小;孔洞的分布情况也会影响材料的等效模量。用能量法研究了椭圆孔材料的等效模量,结果表明,椭圆孔排列角度和孔洞的形状均会对材料的等效性质产生影响。(2)基于经典弹性理论和Eshelby等效夹杂理论,结合有限元方法研究了夹杂材料的等效性质。结果表明:硬夹杂的存在增强了材料的等效模量,并且等效模量随着体积分数的增大而增大;软夹杂的存在降低了材料的等效模量,等效模量随着体积分数的增大而减小。夹杂的分布情况对材料的等效模量影响不大。夹杂间的相互作用弱于孔洞间的相互作用。(3)基于经典弹性理论和Gurtin-Murdoch表面弹性理论,结合有限元方法研究纳米多孔材料的等效性质。对基体和孔洞表面分别建立有限元模型,研究了表面效应对纳米多孔材料等效模量的影响。结果表明:表面效应对纳米多孔材料的等效模量有显著影响,表面参数越大,材料的等效模量越大。除此之外,孔隙率、孔洞形状和孔洞分布方式也会影响纳米多孔材料的等效模量。(4)基于经典弹性理论和Gurtin-Murdoch表面弹性理论,运用有限元方法分别研究了含宏观尺度和纳米尺度裂纹的裂纹材料在裂纹扩展前的等效模量。分别对基体和裂纹表面建立有限元模型,研究了裂纹材料的等效模量。结果表明,裂纹密度的增大会降低材料的等效模量,裂纹与拉伸载荷方向的夹角以及裂纹分布情况对材料的等效模量影响较大,其等效模量会随着表面效应的增强而增大。纳米裂纹材料的等效模量受表面效应、裂纹密度、裂纹长度和分布方式等多重因素共同影响。本文的计算结果可纳米材料及其构件的设计和使用提供一定的理论指导。

关键词：多孔材料夹杂材料裂纹材料表面效应有限元法等效模量

考虑表面效应时涂层纤维增强复合材料的动态有效力学性能

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工程力学 2024年

作者：郭强肖俊华燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室

本文研究了SH波在横观各向同性的纳米涂层纤维增强复合材料中传播。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用广义自洽模型(GSCM)和多重散射法给出了复合材料中波传播的有效相速度、衰减以及动态有效弹性常数，讨论了涂层的几何尺寸、材料... 详细信息

本文研究了SH波在横观各向同性的纳米涂层纤维增强复合材料中传播。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用广义自洽模型(GSCM)和多重散射法给出了复合材料中波传播的有效相速度、衰减以及动态有效弹性常数，讨论了涂层的几何尺寸、材料常数、界面性能对复合材料动态有效力学性能的影响。分析表明：表面效应对复合材料动态有效力学特性的影响显著，纤维半径越小、涂层壁厚越大、波频率越高，表面效应就越明显。特别软或特别硬的涂层都会掩盖复合材料中纤维模量的作用，涂层界面性能的影响随着涂层模量增大而减弱。

关键词： SH波表面效应纳米复合材料广义自洽方法动态模量

磁电弹性材料含正六边形纳米缺陷的表面效应研究

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力学季刊 2024年第2期45卷 519-530页

作者：徐燕杨娟宁夏大学新华学院宁夏银川750021 宁夏大学数学统计学院宁夏银川750021

在磁电弹性材料断裂力学框架下,利用表面弹性理论和解析函数边值理论,解析研究了反平面机械载荷、面内电载荷和磁载荷耦合作用下磁电弹性体中正六边形孔边均布六条等长裂纹的Ⅲ型断裂力学问题,确定了考虑表面效应时纳米尺寸裂纹问题的... 详细信息

在磁电弹性材料断裂力学框架下,利用表面弹性理论和解析函数边值理论,解析研究了反平面机械载荷、面内电载荷和磁载荷耦合作用下磁电弹性体中正六边形孔边均布六条等长裂纹的Ⅲ型断裂力学问题,确定了考虑表面效应时纳米尺寸裂纹问题的精确解.基于以上解析解,通过数值算例揭示了表面效应、缺陷几何参数及所施加的损坏载荷分别在两种理想裂纹面电磁条件假设下对断裂参数的影响规律.研究发现:考虑表面效应时影响裂纹扩展的因素与经典弹性理论解答明显不同.各个物理分量呈现出显著的尺寸依赖效应,但随着缺陷尺寸的增加,表面效应的影响呈下降趋势,并趋于经典弹性理论值.研究可为该材料应用于微纳米结构和微机电系统提供理论指导.

关键词：磁电弹性材料纳米尺度表面效应场强度因子能量释放率

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考虑表面效应纳米压电双晶中波的频散分析

固体力学学报 2024年第1期45卷 135-144页

作者：黎琪胡彪刘娟贵州工程应用技术学院土木建筑工程学院毕节551700 西南交通大学力学与航空航天学院成都610031

基于非局部应变梯度理论探究了考虑表面弹性和表面残余应力的纳米压电双晶中波的频散特性,压电双晶的上下压电层暴露在电场之中并且整体沉积在粘弹性基底之上。利用哈密顿原理和正弦剪切理论推导了控制方程,利用含非局部参数和长度尺度... 详细信息

基于非局部应变梯度理论探究了考虑表面弹性和表面残余应力的纳米压电双晶中波的频散特性,压电双晶的上下压电层暴露在电场之中并且整体沉积在粘弹性基底之上。利用哈密顿原理和正弦剪切理论推导了控制方程,利用含非局部参数和长度尺度参数的尺度依赖本构关系得到了运动方程,带入谐波解求解相应的特征方程。数值揭示了表面弹性和表面残余应力、尺度参数和波数以及粘弹性基底对压电双晶的作用规律。研究表明,表面效应的存在对压电纳米双晶频率特性的研究至关重要,尺度参数和波数对频散特性具有耦合作用,弹性系数、阻尼系数和压电层厚度对频率的作用表现出区域性。

关键词：纳米压电双晶频散特性非局部应变梯度理论表面效应粘弹性基底

压电纳米声子晶体梁结构表面效应带隙特性研究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期38卷 25-31页

作者：钱登辉刘国庆张泽鑫葛昊然邹鹏江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212100

通过纳米尺寸下的纯弹性材料环氧树脂和压电材料PZT-4沿着轴向周期性交替排布,提出了压电纳米声子晶体梁结构的力学模型.将表面压电理论与Euler梁理论相结合,结合平面波展开法,建立了计算该模型能带结构的表面效应平面波展开法.进一步地... 详细信息

通过纳米尺寸下的纯弹性材料环氧树脂和压电材料PZT-4沿着轴向周期性交替排布,提出了压电纳米声子晶体梁结构的力学模型.将表面压电理论与Euler梁理论相结合,结合平面波展开法,建立了计算该模型能带结构的表面效应平面波展开法.进一步地,外加电压和外加轴力被用来研究机电耦合效应对带隙的影响,残余面应力和材料内禀长度被用来研究表面效应对带隙的影响,以及晶胞内PZT-4对环氧树脂的长度比和高宽比被用来研究几何参数对带隙的影响.研究结果和进一步的分析表明,影响规律对基于压电纳米声子晶体梁的纳米机电系统的设计过程和主动控制将起到积极的推动作用.

关键词：压电纳米声子晶体梁平面波展开法表面效应机电耦合效应

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表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响

物理学报 2022年第3期71卷 82-91页

作者：尚帅朋陆勇俊王峰会西北工业大学力学与土木建筑学院仿生与先进能源研究中心西安710129

纳米线电极在充/放电过程中引起电极的屈曲失稳行为可能会对结构造成力学损伤.本文针对纳米线电极结构,建立了包含锂扩散、应力、浓度影响弹性模量的多场耦合理论模型.基于构建的模型,研究了表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响.结果表... 详细信息

纳米线电极在充/放电过程中引起电极的屈曲失稳行为可能会对结构造成力学损伤.本文针对纳米线电极结构,建立了包含锂扩散、应力、浓度影响弹性模量的多场耦合理论模型.基于构建的模型,研究了表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响.结果表明表面效应能够提高纳米线电极的抗屈曲性,延迟纳米线电极的临界屈曲时间.同时,表面效应的影响表现出半径尺寸和长细比的依赖性,即随着电极半径尺寸的增大而减小,而随着电极长细比的增大而增大.此外,模型还显示,在有表面效应的条件下,相对于弹性硬化属性的纳米线电极,具有弹性软化属性的电极因为具有更好的抗失稳性而更适宜作为电极材料.研究结果为纳米线电极的力学可靠性设计提供了一定的帮助.

关键词：表面效应锂离子电池纳米线屈曲

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表面效应对纳米铜杆拉伸性能影响的原子模拟

金属学报 2001年第8期37卷 833-836页

作者：梁海弋倪向贵王秀喜中国科学技术大学力学与机械工程系合肥230026

采用ＥＡＭ势对纳米铜杆的拉伸力学性能进行零温分子动力学模拟，研究了表面效应对原子能量、截面应力分布的影响．模拟结果表明，表面原子弛豫降低了纳米杆初始阶段的拉伸弹性模量，表面效应明显影响截面应力的发展与分布．

关键词：拉伸性能分子动力学表面效应纳米铜杆

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表面效应对铁<100>间隙型位错环的影响

物理学报 2020年第3期69卷 241-248页

作者：梁晋洁高宁李玉红兰州大学核科学与技术学院兰州730000 中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学院大学核科学与技术学院北京100049

在材料辐照损伤过程中,间隙型位错环的形成及动力学行为严重影响材料在辐照条件下的服役行为.在常用的以体心立方铁为基的合金材料中,1/2和是两种主要的位错环,其对辐照损伤的影响一直都是核材料领域研究的热点之一.在之前的研究中,人们... 详细信息

在材料辐照损伤过程中,间隙型位错环的形成及动力学行为严重影响材料在辐照条件下的服役行为.在常用的以体心立方铁为基的合金材料中,1/2和是两种主要的位错环,其对辐照损伤的影响一直都是核材料领域研究的热点之一.在之前的研究中,人们对{111}面与单个1/2位错环的相互作用进行了深入研究,发现表面对位错环性质确实有重要的影响.采用分子动力学方法,在原子尺度详细研究了另一个重要的表面铁{100}面对间隙型位错环动力学过程的影响.模拟发现位错环伯格斯矢量与表面法线方向的关系、距表面的深度、位错环之间的相互作用以及温度等,都对位错环与表面的相互作用产生重要影响,其中,表面作用下的伯格斯矢量的演化以及位错环在此过程中的一维运动首次被发现.基于这些模拟结果,就位错环对表面辐照损伤结构的影响进行详细地研究,给出位错环对表面凹凸结构的贡献,这些结果为理解辐照过程中材料表面的演化提供一种可能的解释.

关键词：辐照损伤位错环分子动力学模拟表面效应