基于经典弹性理论的纳米螺旋胡克常量的研究开题报告

1. 研究目的与意义

纳米科学与技术被认为是 21 世纪的三大科技之一。所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1～100nm或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。经过几十年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。

经典弹性理论主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。它研究弹性物体在外力和其他外界因素作用下产生的变形和内力，广泛运用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。在近代，经典的弹性理论得到了新的发展。例如，把切应力的成对性发展为极性物质弹性力学；推广胡克定律，除机械运动本身外，还考虑其他运动形式和各种材料的物理方程称为本构方程。

si3n4机械性质研究现状：利用硅直接氮化烧结工艺制备si3n4一sic材料试样，通过观察材料的微观结构，以及材料物理性能及力学性能的测试结果分析，得出材料的微观结构对其性能的影响：(1)硅直接氮化烧结工艺制备si3n4一sic材料的力学性能与材料的微观结构关系密切。(2)si3n4一sic材料中的sic颗粒使基体组织逐渐细化，从而使抗弯强度得到提高。(3)常温时，随着sic含量增加，气孔率降低，材料的强度增强。(4)高温时，随sic含量逐渐增加，si3n4一sic材料的强度逐渐增大，当sic含量达到15．24％时。其高温抗弯强度达到最大值1386mpa；但当sic含量过大时，超过15％之后，si3n4一sic材料的强度和韧性开始有所下降，从而得出：高温时，sic含量为15％左右时，si3n4含量越高，气孔率越低，材料的强度越高。

2. 研究内容和预期目标

研究内容

微纳螺旋结构以其小尺寸和螺旋性而表现出有异于常规体材料的新奇物理特性，如：形变能力强、低硬度、高抗疲劳性；以及高压电、压阻响应等。其中螺旋超弹性倍受关注，螺旋超弹性即微纳螺旋在轴向高负载作用下几乎可以被拉伸成直线，当撤去负载时，螺旋恢复原形。微纳螺旋超弹性首先被发现于碳纳米螺旋中，原子力显微镜实施负载实验结果显示碳纳米螺旋最大拉伸量可以达到~42%。接着人们陆续在ingaas/gaas纳米螺旋、zno纳米螺旋以及si₃n₄微米螺旋中证明了超弹性，而且螺旋拉伸量可以增加至300%。

si₃n₄纳米螺旋材料以其材料本身优异的光学和电学特性，以及周期性的三维螺旋结构引起了广大科研人员的研究兴趣。它们在实际中有诸多应用：弹簧、电感、悬臂、传动器、振荡器、发动机、缓冲装置、磁场探测器、化学生物传感器、弹性能储存器件以及电磁波吸收装置等。在实验上发现si₃n₄纳米螺旋材料具有超弹性，即纳微米螺旋在轴向高负载的作用下几乎可以被拉伸成直线，当撤去负载时，螺旋恢复原形。本课题旨在利用经典弹性理论来研究非对称截面si₃n₄纳米螺旋的机械性质，以实验为基础来分析轴向拉伸及压缩对材料的影响。

3. 研究的方法与步骤

研究方法

文献检索法、比较分析法、实验法

研究步骤

4. 参考文献

1. 林晨.纳米材料在化工行业中的应用[j].化学工程与装备，2010（7）：120～121.

2. 张莉莉,蒋惠亮，陈明清.纳米技术与纳米材料[j].日用化学工业，2004，34（2）：123～126.

3. 王宏志，高濂，郭景坤.纳米结构材料[j].硅酸盐通报，1999，1（1）：31～38.

5. 计划与进度安排

1.第八学期1周（2月24日-3月1日） 毕业论文动员与交流:毕业论文工作动员，组织指导老师和青年教师进行交流、培训;

下发毕业论文任务书: 指导教师完成在系统中毕业论文任务书的下发，系主任审核任务书。指导教师向学生讲授所选论题的状况和要求;