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中国力学学会第111次青年学术沙龙活动在杭州召开


12月14日,中国力学学会第111次青年学术沙龙活动在杭州召开。本次活动由中国力学学会主办,钱塘科技创新中心、浙江清华柔性电子技术研究院承办。来自全国多所高校及科研院所的近60位力学科研工作者参加了本次活动。



沙龙开幕式由中国力学学会副秘书长、北京航空航天大学陈玉丽教授主持。中国力学学会专职副秘书长汤亚南主任,中国力学学会实验力学专业委员会主任委员、清华大学冯雪教授分别致辞。他们对积极参加沙龙活动的青年人才表示欢迎和感谢,并希望通过青年沙龙促进力学青年学者的相互了解与科研合作,进一步推动力学基础理论研究和工程应用。

本次活动共邀请了11位专家的学术报告。学术报告环节由上海交通大学马少鹏教授、浙江清华柔性电子技术研究院陈颖助理研究员、浙江清华柔性电子技术研究院付浩然副研究员、浙江大学宋吉舟教授、大连理工大学李锐教授主持。


学术报告


【报告题目】基于静电力除尘机理研究

【摘要】月球及火星表面漂浮着大量尘埃颗粒,将影响探测设备的太阳能帆板、散热和观察系统等正常工作。该讲座将从理论和实验两个方面介绍驻波电帘的除尘机理,揭示颗粒碰撞电荷转移、运动模式和除尘效率与工作电压、工作频率以及电极周期常数的变化规律。




【报告题目】固液微颗粒定向输运的功能表面设计与表征

【摘要】固体及液体微颗粒的定向输运与调控在微纳颗粒操作、微流控设计、药物输运、表面散热、自清洁等方面具有重要的应用需求。报告将针对非均匀应变场、非均匀力场、非均匀磁场、表面浸润梯度场中的固体与液体微颗粒,开展了微颗粒自发运动的力学机理、影响自发输运的主要影响因素、及有效调控微颗粒定向输运技术的研究,进一步设计了相应的微输运机械、纳米钟、纳米筛、微型行走机器人及集水功能表面。研究内容为功能化表面及微型功能器件的研究提供了力学理论及设计新思路。




【报告题目】基于界面粘附调控的高效转印集成技术

【摘要】以沉积、光刻、蚀刻等减法制造为特点的平面微纳加工工艺一直是微电子技术的基石,然而近年来不断涌现的新材料器件加工工艺兼容性不强,极大地限制了柔性电子、m-LED显示等新型微纳信息电子器件的研发与产业化。高效转印集成技术,是传统平面微纳加工技术的补充,将其带向多平台整合的加法制造。通过精密的转印集成方法,将在原生基板上制备的涉及不同材料、尺度、维度的异构异质元器件实现单背板的多工整合,同时简化或省略中间的封装过程,提升元件的极限微缩和集成。报告主要介绍课题组最近发展的基于界面粘附调控的磁控/热控转印集成技术,可实现低成本、可编程、适用范围广的高效转印,研究结果对提升材料组装和微纳制备水平具有重要意义。




【报告题目】非常规网状软材料力学

【摘要】通过借鉴或突破天然有机生物系统中的微观结构构造,可望实现具有类似力学性能的仿生软材料,甚至实现天然材料不具备的超常规力学及物理性能(例如负泊松比、负溶胀等),在生医器件、组织工程、软体机器人等领域中具有非常重要的应用前景。然而,自然界中的很多生物软材料具有非常复杂的微观结构构造,有时还体现出一定的随机性分布特征,使其仿生设计变得十分挑战。本报告围绕力学驱动的非常规网状软材料的设计与制造展开介绍。一方面,将介绍受生物体胶原组织微观构造启发而建立的仿生软材料设计,其核心思想是将马蹄型及螺旋型微结构与点阵构型相结合,进而基于常规工程材料再现出生物体的复杂力学行为,并通过建立仿生网状软材料的非线性细观力学理论,揭示出弹性模量、延展率等关键力学性能与微结构构型之间的依赖关系,实现可精确匹配皮肤以及心脏组织应力应变曲线的缺陷不敏感仿生材料。另一方面,将介绍在周期性网状材料中引入任意曲线微结构和复合微结构的多级点阵设计概念,建立基于多级点阵的软质力学超材料的非线性变形理论及设计方法,制备出具有超大负溶胀、各向异性负溶胀、热致纯剪切等非常规性质的网状超材料,还实现了材料泊松比在-1到1范围内的精确调控及大变形各向同性的性质。最后介绍所发展的网状软材料在医用支架、生医器件等领域的应用。




【报告题目】智能软材料的力学建模与机器人系统设计

【摘要】在利用软物质特性构建机器及智能装备的过程中,如何使其能高效应对复杂环境和任务,是现有软体机器人与智能器件研究面临的挑战。工作研究软体智能材料与结构多场耦合建模与设计,高性能软体智能材料制备成型,电子器件设计与制造集成,软体机器人及人工肌肉系统建模与优化设计。解析软体机器人及软材料肌肉驱控原理,并设计可应对极端环境的软机器样机。报告将介绍由电驱动人工肌肉及智能水凝胶为材料基础,通过力学建模指导新型器件与机器人系统的设计;例举深海软体机器鱼、水凝胶驱动器件等几类软体系统,分析其中的系统设计与相关力学问题,并探索其在实际任务中的应用。




【报告题目】韧性水凝胶的疲劳研究

【摘要】韧性水凝胶的出现催生了一批新型的工程、生物医药、临床手术等领域的应用。一个基本的力学问题是:韧性水凝胶在循环载荷下的疲劳性能如何?本报告介绍了近些年课题组在韧性水凝胶疲劳方面的研究进展,包括第一代、第二代韧性水凝胶的疲劳性能研究、韧性水凝胶的疲劳机理分析以及抗疲劳水凝胶的设计方法。




【报告题目】受限细长柔杆在弹性空间内的非线性力学行为

【摘要】由于特征尺寸上的不匹配,受限空间内的杆状弹性体与周围腔体会发生复杂的力学相互作用。比较典型的例子包括DNA 分子在病毒衣壳内的组装,弹性导丝在输油管道内的铺设等。这里,我们针对弹性细长杆—生物囊泡这类由一维杆件和二维膜壳构成的组合弹性结构,创建了描述该系统非线性力学行为的理论框架。针对受限开口和闭口细长柔杆,考察柔杆的弹性性能与长度对系统力学行为和构型演化的影响。该研究工作为调控细胞形状,阻碍丝状病毒侵染细胞提供了理论指导。




【报告题目】智能驱动材料与可变结构技术

【摘要】面向通信、导航、遥感等多功能一体化应用需求,按照“硬件通用化、动态可重构、功能自定义”的思路,开展一体化、轻量化、智能化的可变构型载荷结构设计,实现物理结构与功能特性的在轨自主可重构能力。尤其针对未来卫星在体积、重量、功耗、成本等方面的苛刻约束,基于高度可控的新型智能驱动材料和柔性传感技术,并结合刚柔复合设计、多稳态结构设计、材料-结构-功能一体化、3D/4D打印等手段,开展可编程、可组装、可重构且具有自感知能力的空间智能结构技术研究,支撑未来空间智能可重构平台及载荷技术发展。




【报告题目】具有优异稳定性及力学性能的离子导体

【摘要】电子导体(electronic conductor)依赖电子迁移导电,离子导体(ionic conductor)则凭借离子运动产生电流。含有可移动离子的水凝胶是一种典型的离子导体,具有高可拉伸性、透明性、良好的导电性与优异的生物相容性等优点,但水凝胶中的水分可能蒸发和泄露,因此其性能易受到环境温度、湿度等因素影响,稳定性难以保证。本报告将介绍两种具有良好稳定性的离子导体(1.疏水型离子液体凝胶;2.全固态离子导电共聚物),并探讨其力学性能、增强增韧机理、导电性能、和可加工性(3D打印)等特性。最后,本报告还将介绍多种基于以上两种离子导体的离子器件(ionotronic devices),包括应变传感器、离子皮肤、纳米摩擦发电机等,展示离子导体在软体机器等领域的应用潜力。




【报告题目】A unified self-similar hierarchical model for cell rheology

【摘要】细胞的力学性质在许多生理和病理过程中都起着关键作用,如细胞运动和癌变等。令人惊讶的是,不同类型的细胞在动态载荷下都表现出普遍的标度律流变学行为。这里,我们提出了一个细胞多级结构模型来包含细胞膜、细胞质和细胞骨架的基本结构力学响应。我们的模拟结果证实该模型可以再现细胞流变学的所有标度律特征,以及细胞在静态或预应力荷载下的应力硬化现象。更重要的是,通过改变细胞骨架的刚度或结构,标度律指数可以在0.1~0.5的范围内进行定量的调节,这与绝大多数类型的细胞一致。在此基础上,我们发展了一个自相似多级模型,该模型能够捕捉蠕变柔度随时间的标度律特性或复模量随频率的标度律特性。这一模型表明,细胞的力学响应可能主要取决于它们的普适的结构机制,而不是特定的分子性质。




【报告题目】基于人体生物特性的柔性器件力/热舒适性与安全性设计理论研究

【摘要】柔性功能器件可与人体组织直接集成实时监测人体生命体征信息,但器件工作时的发热也会造成人体舒适性和安全性问题,因此迫切需要研究该集成系统的精确力/热行为。在本次报告中,将主要介绍考虑人体生物特性下柔性器件-人体皮肤组织集成系统的传热与热力耦合理论模型,基于神经动力学研究器件对人体舒适性影响,并针对电子器件短路等快速升温问题提出高效散热基体设计方法,为柔性器件的舒适性和安全性设计提供理论支撑。