项目名称: 流体环境下微纳米纤维的力学性质与动力学行为

项目编号: No.11472150

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 徐志平

作者单位: 清华大学

项目金额: 92万元

中文摘要: 微纳米尺度下流体与纤维结构的相互作用是设计流体环境下的微纳米机械器件以及流动过滤分离材料等应用的理论基础。然而其物理机制受到几何、表面特性、界面滑移、热涨落、纤维间流体动力学耦合等因素的影响,因而难以在连续介质力学基础上加以描述。本项目以碳纳米管等微纳米纤维为对象,通过耦合原子分子、介观粗粒化与宏观连续模型,开发考虑流体动力学相互作用的计算方法,对流体环境下微纳米纤维及其阵列的力学性质与动力学行为以及流场经过微纳米结构材料时的流阻、破坏特性与动力学行为等进行研究。同时开展实验工作,通过对微纳米纤维结构、表面性质、外场环境的调控探讨器件和材料的优化设计。

中文关键词: 微纳米纤维;力学行为;动力学行为;流固耦合;流体动力学相互作用

英文摘要: The interaction between fluid and micro/nanofibers is of key importance in micro/nanoelectromechancal systems, separation and filtrations. In contrast to macroscopic applications, the fluid-structure interaction at micro/nanoscale is critically defined by the structural and surface properties of micro/nanofibers, interfacial slip, thermal fluctuation and interfiber hydrodynamic coupling, which cannot be captured by continuum mechanics. In this project, we will focus on carbon nanotubes based bundles, fibers and arrays, and develop multiscale methods from atomistic, coarse-grained and continuum models to include hydrodynamic interactions therein. The methods will be applied to investigate mechanical properties and dynamical behavior of micro/nanofibers for mechanosensing, actuating and harvesting devices in fluidic environments, also flow-resistance, flow-induced deformation and fracture of nanostructured fiber-based materials. Experiments will be performed to explore tuning mechanisms of micro/nanostructures, surface functionalization of fibers,fluid and external fields from a practical viewpoint in developing aforementioned devices and materials.

英文关键词: Micro and nanofibers;Mechanical behaviors;Dynamical behaviors;Fluid-structure interaction;Hydrodynamic interaction

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