微纳米力学测试系统

作为一种新兴的力学超材料，三维微纳米点阵材料具有低密度、高模量、高强度、高能量吸收率和良好的可恢复性等优异的力学性能，极大地拓展了已有材料的性能空间。如何通过拓扑结构设计获得具有优异力学性能的三维微纳米点阵材料是固体力学领域的研究热点之一。微纳米点阵材料通常由具有特定结构的单胞在三维空间中周期阵列形成。根据组成单胞的基本元素的种类，可以将三维微纳米点阵材料分为基于桁架（truss）、平板（plate）和曲壳（shell）三种类型。目前，基于桁架的微纳米点阵材料已经表现出良好的力学性能，但其节点处的应力集中限制了其力学性能的进一步提升。近年来的研究表明，基于平板的微纳米点阵材料可以达到各向同性多孔材料杨氏模量的理论上限，然而其闭口的结构特点为其通过增材制造的手段进行制备带来了挑战。相比之下，具有光滑、连续、开口特点的曲壳结构则在构筑具有优异力学性能的微纳米点阵材料方面具有天然的优势。近期，清华大学李晓雁教授课题组采用面投影微立体光刻设备（microArch S240，摩方精密BMF）制备了特征尺寸在几十至几百微米量级的多种桁架、平板和曲壳微米点阵材料。所研究的结构包括Octet型和Iso型两种桁架结构、cubic+octet平板结构以及Schwarz P、I-WP和Neovius三种极小曲面结构。其中，cubic+octet平板结构是早先研究报道的能够达到各向同性多孔材料杨氏模量理论上限的平板结构。该团队通过原位压缩力学测试研究并对比了多种不同结构的微米点阵材料的变形特点和力学性能。结果表明，相对密度较大时，I-WP和Neovius曲壳微米点阵材料与cubic+octet平板点阵材料类似，在压缩过程中呈现均匀的变形特点。而Octet型和Iso型两种桁架点阵则在压缩过程中形成明显的剪切带，发生变形局域化。相应地，I-WP和Neovius两种曲壳点阵和cubic+octet平板点阵具有比桁架点阵更高的杨氏模量和屈服强度，这与有限元模拟的结果一致。有限元模拟同时揭示了曲壳和平板单胞具有优异力学性能的原因在于其在压缩过程中具有更均匀的应变能分布，而桁架单胞节点处存在明显的应力集中，其节点处及竖直承重杆件的局部应变能甚至可以达到整体结构平均应变能的四倍以上。该研究表明，基于极小曲面的点阵材料能够表现出比传统的桁架点阵材料更为优异的力学性能，同时其光滑、连续、无自相交区域的特点使得其在构筑结构功能一体化的微纳米材料方面具有重要的应用前景。图1. (A-F) 多种桁架、平板及曲壳单胞结构；(G-L)采用面投影微立体光刻技术制备的多种不同结构的聚合物微米点阵材料图2. 利用面投影微立体光刻技术制备的聚合物微米点阵材料原位压缩力学测试结果。(A-F)工程应力-应变曲线；(G-L)不同结构的点阵材料在加载过程中的典型图像（标尺为2 mm） 图3. 周期边界条件下不同单胞结构单轴压缩的有限元模拟结果。（A-B）归一化杨氏模量和屈服强度随相对密度的变化；（C-H）不同单胞结构的应变能分布

近日，在四川大学滨江楼空天学院会议室，空天科学与工程学院举行中英联合应用研发中心成立暨挂牌仪式，这标志着“航空航天工程微纳米力学中英联合应用研发中心”正式成立。Micro Materials公司Adrian Harris工程师、北京正通远恒科技有限公司赵小星工程师作为嘉宾出席了此次挂牌仪式，空天科学与工程学院院长王家序教授、副院长兼直属党支部书记高志华，以及学院教职工代表、学生代表出席了仪式。仪式由周青华老师主持。首先，周青华老师代表学院致欢迎辞，并简要介绍了学院情况。他说，空天学院具有在航空航天领域研究的优良背景和坚实基础，是在充分结合国家重大需求和学科发展前沿的基础之上重建的，微纳米力学特别是纳米测试系统在航空宇航学科的研究和航空航天工程领域的发展中都起到不可替代的重要作用。此次“航空航天工程微纳米力学中英联合应用研发中心”的正式成立，是与会双方共同的心愿，希望双方通过合作与交流，在航空航天工程微纳米力学领域取得更多的成果。Micro Materials公司Adrian Harris工程师向中英联合应用研发中心的成立表示祝贺，并介绍了公司的研究领域与突出成果。Micro Materials是一家专注于纳米力学领域的优秀企业，在全球范围内已成立超过300家中心，具有在学术界和工业界的客户，包括剑桥大学、麻省理工、牛津大学、理论、通用、西门子等。此次联合应用研发中心的成立，将有力促进空天学院在微纳米力学发展中的国际合作与交流，进一步提升空天学院的国际影响力。最后，各位老师和Micro Materials公司代表、北京正通远恒科技有限公司代表一行共同为“航空航天工程微纳米力学中英联合应用研发中心”挂牌，并合影留念。

随着微纳制造技术水平的提升，微纳结构设计制造已进入纳米尺度，最大限度地利用小尺寸效应、表面效应、量子效应等“按需设计制造”多级微纳结构或材料已成为微米纳米技术创新的重要途径，也是微米纳米技术的基础前沿热点。微纳力学测试技术被广泛应用于生物与生物工程、材料科学、MEMS表征、微型机械手臂、纳米技术等领域，成为支撑国家高新技术产业发展的关键技术力量。针对微纳科技领域日益增长的材料和结构力学性质测试的需求，中国微米纳米技术学会定于2019年6月举办微纳力学测试技术及应用培训班。本次培训班旨在通过探讨微纳力学测试技术的最新前沿进展，学习常用分析技术的基础理论知识，了解其在高精尖技术中的应用实例，并结合上机实践操作，夯实微纳科技相关从业者的力学测试技能，推动我国微纳力学测试技术的持续发展和创新。欢迎广大相关企事业单位科技工作者踊跃报名参加！主办单位中国微米纳米技术学会承办单位福州大学机械工程及自动化学院协办单位颗粒在线培训时间2019年6月1-2日培训地点福州大学旗山校区培训内容本次培训内容包括前沿进展、基础理论、应用报告及上机实操四大模块，具体内容参见附件一。培训讲师部分授课讲师参见附件二。培训对象从事微纳科技相关领域科研和开发工作的高校教师及研究生、企业技术管理人员和研发工程师以及其他感兴趣的人员等。培训证书学员完成全部课程，经考核合格，将由中国微米纳米技术学会颁发《微纳力学测试技术及应用》培训合格证书。联系方式参会回执详见附件三。中国微米纳米技术学会联系人：尹老师电话：010-62772108、13717838339（同微信号）邮箱：yhh@csmnt.org.cn颗粒在线联系人：符老师、张老师电话：18501191885（同微信号）15801214828（同微信号）邮箱：fuzhuowang@kelionline.com、zhangyifei@kelionline.com中国微米纳米技术学会颗粒在线2019年5月附件一：培训日程（相关解释权归中国微米纳米技术学会所有）微纳力学测试技术及应用培训班培训日程时间主题详细内容授课讲师任职单位2019-5-31全天报到2019-6-1理论授课9：00-10：30前沿进展1.微纳米力学发展的现状陆洋香港城市大学2.原位SEM/TEM测试技术3.多物理场耦合的微纳米力学表征平台介绍10：30-12：00微纳米器件力学量测试技术理论1.接触力学简介FuqianYang美国肯塔基大学2.接触力学在力学试验中的应用a)压痕蠕变b)压痕应力松弛c)压痕疲劳d)电压痕e)表面粘附力f)软薄膜压痕3.高分子薄膜表面应力的测量a)微弯b)表面起皱4.压电材料压痕12：00-14：00午餐+午休14：00-15：30压痕法表征韧性膜/基体系的力学性能1.韧性膜/基体系复合硬度的理论分析马增胜湘潭大学2.鼓包法表征界面结合性能3.反分析法表征韧性膜/基体系的应力应变关系15：30-17：00二维纳米材料力学性能的分子动力学模拟研究1、分子动力学模拟理论基础；李明林福州大学2、二维纳米材料力学性能表征的分子动力学模拟案例解析；3、基于分子动力学模拟方法研究二维纳米材料力学性能的进展和挑战。2019-6-2理论授课+实践操作9：00-10：30利用压痕方法表征复杂材料体系的力学性能1.设计压痕数据反向分析方法采用的主要手段张纯禹中山大学2.聚合物块体材料及薄膜材料的粘弹性性能3.生物细胞的粘弹性性能及表面特异性粘附性能4.多层膜材料的每层膜的弹性性能、金属和聚合物材料的塑性性能以及金属材料的高温粘塑性性能的压痕表征方法5.压痕方法的发展及未来的发展趋势10：30-12：00纳米压痕和微米划痕的原理和应用纳米压痕技术在微机电系统、材料科学、摩擦学性能研究、生物工程和信息技术等领域中的应用，以及纳米压痕技术的理论研究进展刘明福州大学12：00-14：00午餐+午休14：00-18：00一、实践项目和内容（选修）纳米压痕实验1.介绍设备特点，实验可以获得的数据，各种加载方法，以及如何利用软件显示结果。1.每人次200元，一个小时（前半小时培训，后半小时可以亲自操作），每次培训最多两人；2.实验材料：铜。压力：50mN。线性加载，线性卸载，加载时间30s，卸载时间30s，保载时间10s。2.可自带软材料（如铜等）免费测试；3.压痕测试后，将利用显微镜进行压痕观察。3.测试软件可共享，自带笔记本可安装（100元/次）。微米划痕实验1.介绍设备特点，实验可以获得的数据，各种加载方法，以及如何利用软件显示结果。2.实验材料：铜。压力：50mN。划痕长度：1mm。划痕测试后，将利用显微镜进行形貌观察。原子力显微镜如果同时选择了纳米压痕和微米划痕实验，免费赠送。一个小时（前半小时培训，后半小时可以亲自操作），每次培训最多两人。轻敲模式和接触模式扫描标准样品。二、参观福州大学附件二：部分授课讲师介绍陆洋博士，现任香港城市大学机械工程学系副教授，香港城市大学深圳研究院纳米制造实验室主任。分别在南京大学物理/微电子专业获得学士学位、美国Rice莱斯大学获得博士学位。在2012年进入香港城市大学任教之前，陆洋副教授曾在麻省理工学院（MIT）进行了近两年的博士后研究。陆洋副教授在纳米力学和纳米制造方面拥有丰富的经验，他的团队在发现纳米级共价晶体如“硅纳米线”和“金刚石纳米针”中的“超大弹性”方面做出了重要贡献。作为第一作者或通讯作者，陆洋副教授在《Science》、《NatureNanotechnology》、《ScienceAdvances》等领先学术刊物上发表了50多篇研究论文，总引用量超过1000，H指数超过15。2014年获得香港大学教育资助委员会“杰出青年学者”奖，2017年获得香港城市大学“优秀导师奖”，2018年获得香港城市大学“校长奖”。目前还担任《MaterialsToday》副主编、《ScientificReports》以及《中国科学：技术科学》的编委。杨福前教授，美国肯塔基大学化学与材料工程学院教授，1986年获清华大学工程物理专业学士学位，1995年获美国罗切斯特大学材料科学专业博士学位。JournalofManufacturingProcesses,MaterialsScience&EngineeringA，SmartGridandRenewableEnergy等杂志的编委。主要研究方向为材料的机械行为，电化学-机械耦合行为，材料制造工艺，结构材料的微观结构演化以及材料的机械和机电响应建模；能源材料，无铅焊料和电子互连的机电测试，聚合物表面的自组装行为，纳米结构材料的力学建模，以及电池的建模和分析。承担各类国家级和企业重大项目22项，发表SCI收录论文310多篇，被引用4000多次，申请美国组专利2项，受邀在国际学术会议上作学术报告100多次。马增胜教授，湘潭大学材料科学与工程学院，博导。自2005年开始，一直致力于锂电池关键材料的优化设计与力学性能表征等方面的研究，积累了一定的经验。主要从事高性能锂电池关键薄膜与涂层材料力学性能表征及其破坏机理方面的研究，包括正极材料、负极材料、电池外壳等：(1)动力电源关键电极材料的制备、微观结构及电化学性能表征，力争改善其电化学循环性能；(2)建立电池外壳材料力学性能的相关评价方法，着重解决其工程化过程中出现的划伤、剥落等表界面力学问题；(3)基于动力电源处于力、化、热、辐射等多场耦合环境，致力于解决电极材料快速充放电过程中出现的粉化、剥落等多场耦合关键科学问题。相关研究成果在国际刊物发表论文30篇，其中Int.J.Plast.2篇，ExtremeMech.Lett.1篇。申请国家发明专利13项，授权9项。获教育部霍英东教育基金会青年教师奖、湖南省优秀博士学位论文奖、湖南省自然科学奖一等奖、湖南省自然科学优秀学术论文奖一等奖等奖励。现为国家发改委“特种功能薄膜材料”国家地方联合工程实验室常务副主任、中国力学学会会员、中国机械学会材料分会理事。张纯禹教授，同济大学硕士，新加坡国立大学博士，现任中山大学中法核工程与技术学院副教授、院长助理，参与、协调研发中心的建设。研究重点和发展方向为先进数值模拟与仿真，主要包括复杂系统多物理场模拟、模型降阶理论和算法、实时数据和高保真模型驱动的数字孪生系统、智能CAD/CAE软件开发及复杂材料体系的力学性能表征与模拟，在中外期刊发表相关学术论文27篇，专著1部，专利及软件著作权8项。参与广东省产学研项目：TH-2环境下船体线型优化设计与分析软件平台研发及示范应用、广州市科技计划项目：高温辐照环境下核结构材料力学性能的原位显微压痕表征设备和方法研究以及NSFC-广东联合基金超级计算科学应用研究，严重事故下核反应堆安全壳内热流场分析及结构完整性评估等多项目国家重点研发计划项目，同时接受企事业单位委托进行研究分析，如燃料棒性能精细化分析、手机常用塑料和金属力学行为的实验和数值模拟研究、氢气安全分析软件的研发等。刘明教授，1985年6月出生，哈尔滨人，本科、硕士在哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，博士在美国肯塔基大学化工与材料学院，在法国巴黎高科矿业工程师学校材料研究所和美国华盛顿州立大学机械与材料工程学院各有一年博士后经历。2015年4月入职福州大学机械工程及自动化学院。福州大学第一批旗山学者（海外人才计划），福建省闽江学者特聘教授，福建省高层次ABC类人才C类人次（境外引进）。福州大学教授，博士生导师。主持国家自然科学基金一项（在研）：表面微观形貌和局部倾斜对纳米压印和划痕测量的影响研究（51705082）。博士以来一直从事接触力学有关的研究。李明林博士，硕士生导师，现为福州大学机械工程及自动化学院副教授，福建省力学学会常务理事兼秘书长。分别于福州大学机电一体化专业和固体力学专业获学士学位和硕士学位，于中国科学院沈阳自动化研究所机械电子工程专业获博士学位，曾赴美国莱斯大学材料科学和纳米工程系楼峻教授课题组访学一年。主持和参与国家自然科学基金、福建省科技厅对外合作项目、福建省自然科学基金项目、福建省教育厅项目、以及产学研合作项目等各类项目20多项，发表论文50多篇，其中SCI/EI收录35篇，申请国家发明专利7件，已授权3件。培养硕士毕业生13名，其中2名研究生获国家奖学金、福州大学硕士学位优秀毕业生；两篇硕士毕业论文分别获福州大学优秀硕士研究生学位论文和福建省优秀硕士研究生学位论文；学术论文曾获IEEE-Nano-2017国际会议最佳论文提名奖、福建省第十三届自然科学优秀学术论文三等奖、获评中国力学学会全国徐芝纶力学优秀教师奖。附件三：微纳力学测试技术及应用培训班回执表单位名称研究方向联系人邮编联系电话E-mail通讯地址姓名性别所在部门职务联系电话邮箱交通食宿自行安排5月20日前注册缴费5月20日后注册缴费非学会会员2400元/人□2600元/人□学会会员2000元/人□2200元/人□学生1800元/人□2000元/人□付款方式：转账□现场□发票报销发票张数：类别：□会议费□培训费□注册费单位盖章年月日发票抬头：单位税号：培训班指定汇款账号联系人：尹老师账户名称：中国微米纳米技术学会电话：010-62772018账号：11001079900053008597手机：13717838339（同微信）开户行：中国建设银行北京清华园支行邮箱：yhh@csmnt.org.cn