微纳结构范德华作用及其对动力学行为的影响

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gululukuaican
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
范德华作用广泛存在于自然界。真空中两个原子的负六次方对势作用、两块完美平行金属板间的相互吸引力都属于范德华作用。范德华力直接参与各种微观/细观系统的力学过程,甚至起决定性作用。基于多电子波函数的从头算理论可精确地计算原子数很少的低维晶体或具有周期性重复晶胞的体相材料范德华能,但受限于巨大的数值计算量,难以用于复杂的真实微纳米力学系统的研究。本文基于栗弗席兹(Lifshitz)理论、第一性原理计算、动力学数值仿真手段,对反常范德华势场下微纳平板的动力学行为、连续介质间的范德华屏蔽效应、激子效应对二维晶体长程范德华作用的影响进行了系统的理论研究,取得如下成果:1)基于Lifshitz理论计算金悬浮板或特氟龙悬浮板在乙醇中与特氟龙涂层-金基底作用下受到的反常范德华作用势:其中金悬浮板受到反常范德华势井作用,特氟龙平板受到反常范德华势垒作用。通过动力学仿真模拟悬浮板在范德华作用下从不同位置释放的动力学过程。在接近平衡间距时,粘性阻尼起主要作用,金悬浮板释放后直接回到平衡位置;在靠近基底时,范德华力起主导作用,金悬浮板可发生振动,往复多次穿过平衡位置。特氟龙悬浮板释放时则需要一定的初速度才能越过势垒。此外,计算表明涂层或基底的厚度对于反常范德华作用及悬浮板动力学具有显著影响。2)基于密度泛函原理计算体相硅和氮化硼的介电函数,并通过Lifshitz理论研究中间层对上下基底间的范德华屏蔽效应。在间距由短变长的过程中,屏蔽效果表现出非单调性,产生最大屏蔽比例的距离与屏蔽层厚度成正比。相同厚度的屏蔽层对不同厚度的基底屏蔽时,基底越薄,屏蔽效果越强。3)通过第一性原理GW-BSE理论计算考虑电子-空穴作用的二维晶体的介电函数,通过Lifshitz理论计算激子效应对于二维晶体层间范德华能的影响。电子-空穴作用对范德华能的影响间距依赖,在0-100(?)间距内,大多数二维晶体中的激子效应对范德华作用为增强效应,某些半导体中的激子效应对范德华作用为减弱效应;长程时,在间距大于10000(?)后,激子效应对范德华能可达到30%的增强效果。激子效应对二维晶体范德华能的影响是远高于对体相半导体范德华能的影响,这种现象可归结于二维晶体的超薄特性引起的显著激子结合能。
其他文献
随着工程实际对有限元模型精度要求的不断提高,基于试验数据的有限元模型修正技术应运而生迅速发展,并已广泛应用于航空航天、桥梁、汽车等工程领域中。传统的模型修正方法需要反复调用有限元软件计算灵敏度度矩阵并迭代求解,耗时长、修正效率低。新型的基于代理模型的有限元模型修正方法采用响应面替代模型模拟结构参数与结构响应之间的复杂隐式关系,以取代自由度数庞大的有限元模型,提高了模型修正效率。基于经验风险最小化理
学位
噪声通常被认为是无用的甚至是有害的,有害的噪声往往会抑制系统的输出。人们为了改善系统的输出结果,会采用各种措施,但不外乎都是尽可能去除噪声的干扰。1981年,意大利学者Benzi等人在解释冰川周期时提出了随机共振理论,指出:在一定条件下,当非线性系统同时受到弱周期激励和随机扰动时,噪声的能量会增强系统的周期输出。这一原理可用来检测弱信号。近些年来,这一现象在信号处理,计算机图像识别,故障损伤诊断等
学位
近年来,可控翼伞技术逐渐成为航空航天领域的一个研究热点,低成本、高承载力的优势使其在军事、民用等领域得到广泛的应用和发展。伴随着翼伞技术的日渐成熟,人们逐渐不再满足于现状(单一应用场景,仅仅落点精确、逆风着陆等基本要求),而是将目光面向更加复杂的应用场景,对翼伞的归航轨迹提出更高的要求。本文以伪谱法为基础,对考虑复杂约束条件的翼伞最优轨迹规划进行了研究,主要包括:(1)将翼伞和负载视为一个系统整体
学位
随着航天科技的迅速发展,越来越多的充气式可展开空间结构应用于航天器在轨任务。由于微重力和真空的影响,充气式可展开空间结构的地面实验很难同时模拟微重力和真空的真实空间环境,而且在太空中进行展开实验的巨大花费和意外风险难以承受。因此,对充气式可展开空间结构进行精确动力学建模,并分析其展开过程的动力学响应具有重要的现实意义。针对展开空间充气结构大范围运动与大变形力学特征,本文基于绝对节点坐标法(Abso
学位
航空器的翼舵结构主要用于控制飞行器的飞行姿态并保持其飞行的稳定性。受间隙和摩擦等非线性因素影响,翼舵的振动特性发生改变,从而影响飞行稳定性。因此,研究翼舵结构振动特性受间隙非线性和摩擦非线性的影响规律具有一定的理论意义和重要的工程应用价值。本文以某舵面模型为例,具体工作如下:(1)研究了翼舵结构受非线性因素(间隙和摩擦)的影响规律和处理方法,综合间隙和摩擦对结构振动特性的影响,总结了含间隙与摩擦的
学位
在海军舰艇尤其是潜艇等要求隐身及高机动性能装备中,对于振动和噪声表现的关注度伴随着高速、轻型和强载的发展趋势更加突显出来。虽然在推进轴系纵向振动控制方面国内外学者已取得巨大进展,但是对于横向振动控制而言,由于其运动形式及横向激励等与纵向振动相比更加复杂,这些方法大多都不适用。因此,推进轴系横向振动控制向来是船舶振动控制领域内的重点及难点。本文提出利用相似原理进行轴系缩比模型设计及试验的方法,主要内
学位
石英晶体谐振器(QCR)是一种利用石英晶体的压电效应制成的声学器件。作为频率标准器件,谐振器通常包含在集成电路中,用于计时、频率控制、信号处理等。此外,由于谐振器的谐振频率会随温度或压力等环境变量而变化,因此可以将谐振器制成声波传感器。本文采用考虑压电效应的增量热场方程,分析温度对石英谐振器自由振动及受迫振动的影响。本文基于增量热场方程,通过将位移和电势展开为厚度坐标的幂级数,推导出考虑压电效应与
学位
由于固液界面耦合效应的存在,受限于纳米尺度通道内的液体等物质具有不同于宏观体相的力学(如黏度,扩散系数)和物理(如密度分布、介电常数)性质。近年来,随着大量新颖纳米材料和先进精细加工技术的不断涌现,具有原子级精度且尺寸可调的纳米通道的制备(如间距小于1纳米的两石墨烯片构成的通道)得以实现,使人们得以研究物质在通道内的结构演变和传输力学机理。以水为例,二维纳米通道内的受限水膜能形成有序结构,实现快速
学位
在航空航天飞行器工作过程中,复杂的动应力引起的高周疲劳在结构疲劳失效问题中占很大比例。研究发现飞行器在工作环境下会受到多轴振动载荷的激励,从而引起结构的复杂振动响应,最终造成结构的振动疲劳破坏。本文针对典型的多轴振动引起的结构疲劳失效问题开展研究,提出工程适用的多轴振动疲劳寿命预估方法。在多轴激励下,可以用仿真分析得到结构主应力与主应力方向随时间的变化历程,以损伤量为权系数函数对投影方向进行加权平
学位
动载荷识别,即是指在结构动特性与响应都已知的情况下,反求载荷。而在工程应用中,某些结构的参数(质量系数,刚度系数)可能会缓慢变化,即结构的动特性未知,因此传统的动载荷识别方法并不能识别出该工程结构上的动载荷。为了识别出作用在参数缓变结构上的动载荷,本文提出了基于扩展卡尔曼滤波的动载荷识别算法,能同时识别出结构上的未知参数变化过程以及动载荷。本文首先介绍了扩展卡尔曼滤波算法,在已知激励的情况下,通过
学位