基于Kirchhoff理论的纳米螺旋机械性质研究开题报告

1. 研究目的与意义

纳米材料是指粒子平均粒径在l00nm以下的材料。其中平均粒径为20～100nm的称为超细粉，平均粒径小于20nm的称为超微粉。纳米材料具有相当大的相界面面积，它具有许多宏观物体所不具备的新异的化学、物理机械特性如:体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等，从而使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性及吸收光谱表现明显的蓝移或红移现象等。在很多种聚合物的晶区中，由于相邻分子链的侧基之间的相互作用和最紧密的堆砌要求，其分子链采取反式和左右式不同交替方式的构象排列，形成螺旋结构。螺旋结构又以其特殊的弹性特性深受广大工程师的热爱。同时纳米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超弹性特性。螺旋超弹性即纳米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。纳米螺旋超弹性具有巨大的应用潜力。

在基尔霍夫细杆理论中，杆是由一个个小段组合而成的。每一段通过相连段的接触力连接在一起。在每一段上应用角动量守恒定律的经典方程式可以获得杆静力学和动力学的一维微分方程，由此可以把介质在微小弯曲处的近似值和局部横截面的半径进行比较。基尔霍夫细杆模型被普遍用来研究连续细杆的静力学和动力学，比如dna双螺旋结构弹性，藤蔓植物纠缠等。因为一些螺旋纳米结构为无定型连续结构，所以可以利用基尔霍夫模型来研究纳米螺旋结构的弹性性质。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：纳米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特殊超弹性物理特性，本文将利用kirchhoff细杆模型来研究纳米螺旋机械性质，帮助实验分析材料的杨氏模量和泊松比等材料性质:

1.在基尔霍夫的理论中，杆是由一个个小段组合而成的。每一段通过相连段的接触力连接在一起。在每一段上应用角动量守恒定律的经典方程式可以获得杆静力学和动力学的一维微分方程，由此可以把介质在微小弯曲处的近似值和局部横截面的半径进行比较。

2.推导弹性常数，通过碳纳米螺旋的负载实验测量得到的几何参量可以计算得出负载力（负载力等于旋臂弹性常数乘上其位移）与拉伸响应的关系以及弹性常数与伸长量之间的变化关系。

3. 研究的方法与步骤

文献研究法：根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题。

数学方法：用数学工具对研究对象进行一系列量的处理，从而作出正确的说明和判断，得到以数字形式表述的成果。

一．了解纳米螺旋机械性质，即掌握：

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

1．2022.11.18～2022.2.21学生网上选题，视学生选题情况作适当调整。选题结束，指导老师向学生下达任务，学生根据要求收集资料；

2．2022.2.22～2022.3.13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，并写出开题报告；

3．2022.3.14～2022.4.15学生根据调研资料和指导老师要求进行论文框架搭建，并按开题报告撰写论文；