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固体力学前沿问题——软物质力学高端研讨会纪要

发布日期:2012年11月16日

由开云棋牌官方 固体力学专业委员会主办,西南交通大学力学与工程学院承办的“固体力学前沿问题——软物质力学高端研讨会”于 2012 7 30 -84在西藏拉萨召开。此次会议是 我国固体力学学者如何应对国际上新兴的软物质力学研究热潮的一次战略性研讨, 33 位力学学者参会,其中海外学者 7 位。
开幕式由康国政教授(西南交通大学)主持,固体力学专业委员会主任委员方岱宁教授(北京大学)致欢迎辞。方岱宁教授对策划组织此次固体力学前沿研讨会主旨进行了阐述:近些年国际力学的研究热点由纳米力学转向生物力学,而最近几年软物质力学又方兴未艾,但国内学者真正意义上的软物质力学研究还很少,因此希望通过此次研讨会向国外同行学习,加深国内力学学者对于软物质力学的认识与理解。之后国家自然科学基金委员会数理学部孟庆国副主任致辞,他首先谈了自己调研的软物质的定义和个人理解:软物质的主要材料有高分子聚合物、液晶、散体颗粒物、生物系统等固体与液体间的过渡形态,这些作为研究对象已有一段时间的研究历史,软物质力学作为新的学科生长点是因为从新的角度研究这些材料,并且与国民经济中的应用紧密联系。孟主任还对国内软物质力学研究提出一些建议,如加深对软物质力学方向的理解,明确软物质力学研究对象的应用目标,全面了解研究现状和前景,合理投入研究力量。国家自然科学基金委员会数理学部力学处詹世革处长在开幕式上发言并指出,软物质在力学领域还是一个新事物,如何从力学角度推进软物质研究是一个值得探讨的问题,她希望国内外学者就此加强交流,并希望此次会议成为国内软物质力学研究的引导者。美国西北大学的曲建民教授代表海外学者发言,感谢会议主办方的邀请,并明确表达了促进国内软物质力学研究的良好意愿。
会议邀请报告分别由中科院力学所洪友士研究员、魏悦广研究员及哈工大的吴林志教授主持。来自美国西北大学的曲建民教授作了 A finite deformation framework for reaction-controlled diffusion under combined electrical, chemical and mechanical driving forces ”的邀请报告。报告主要介绍曲教授在相关研究中涉及的对于软物质力学研究具有一定普适性的研究方法,特别关注扩散、化学反应与应力的影响,及各方面的耦合,并展现了该方法在锂电池的行为研究中的应用。
美国哥伦比亚大学的陈曦教授所作的“ Mechanical self-assembly ”的邀请报告,介绍了植物在生长过程中的自组装过程,特别是针对瓜果的生长致屈曲分瓣现象发展了定量模型,并能解释和应用更广泛的对象,如洗澡后手指头起皱,双眼皮的形成机理,以及通过屈曲自组装产生微纳齿轮等。
美国科罗拉多大学的齐航教授所作的“ Shape Memory Behaviors in Soft Materials ”的邀请报告。报告展示了形状记忆高分子材料对于多种刺激有响应,如光照、温度、 PH 值、电场及磁场等下均会产生大变形,且有时透明度还会改变,另具有质量轻、生物相容和可降解的优点。从形状记忆的角度也展现了多状态的形状记忆特点。对这类材料的研究给力学学者提出的挑战是如何建立参数较少的本构来合理描述其复杂的耦合行为。
浙江大学吕朝锋副教授代美国西北大学的黄永刚教授所作的“ Recent Progress in Mechanics of Stretchable Electronics ”的邀请报告。报告全面地展示了黄永刚研究组近年在柔性电子方面的工作,具体包括:柔性电子在生物基体复杂曲面中的应用概念,如心脏 / 脑传感器;柔性电子热方面的影响,如 LED 柔性器件的热问题;以及柔性电子技术在电子眼等方面的应用。
国家纳米中心的张忠研究员所作的“基于碳纳米材料的柔性力学器件”的邀请报告。报告首先涉及了高分子基体的纳米复合材料,借鉴生物复合材料的多层级设计思想,特别研究了碳纳米管纤维、及碳纳米管束 / 网、石墨烯纸的力学性能研究和优化。报告的第二部分介绍了采用碳材料构造的智能材料 / 人工肌肉,即在光、电、热、磁等作用下产生运动的材料体系,如碳纳米管膜致动器、纤维扭转致动器和还原氧化石墨烯致动器。
另外,来自美国佐治亚理工大学周敏教授、王幼江教授及普渡大学陈为农教授和也分别简短地介绍了他们在软物质力学方面所作的工作,报告题目分别为“ Multiphysics Issues in Electrode Materials for Rechargeable Batteries”, “Mechanics of Fibers and Fiber Assemblies”, “Soft Materials from the Impact Response Point of View”
随后,研讨会又围绕“软物质力学的定义及内涵——只是大变形?”和“国内的软物质力学研究应如何发展?——‘追随者’ 还是‘引领者’?”这两个议题提出了许多独到见解和良好建议:
1991 年,诺贝尔奖获得者、法国物理学家德热纳( P. G. De Gennes )对于软物质给出一个重要的特征:弱力引起大变化,或说得更广泛一些是小激励引起大反应。
陈为农 教授的关于生物组织的冲击试验显示,当物质的剪切模量比体积模量小几个数量级时,其冲击行为与传统固体材料有本质区别。类似的还有流体弹塑性,因此软物质力学的重点研究对象应是现有力学框架不能解释和预测的软物质力学行为。
软物质的力学研究应与熵及热力学第二定律有关,研究无序和有序及其转化,比如高分子材料的机械性能决定于它的熵,用传统牛顿力学研究软物质只是第一层次的研究。
软物质力学有时研究开放的物质系统。
什么是软物质力学的核心概念?比如断裂力学发展时有新的应力强度因子概念。
传统的非线性连续介质力学框架还不能准确包含软物质行为中的如扩散和化学反应等过程。
大家认可软物质所具有的如下四个特征:
1 )有一些典型的研究对象,如高分子材料、液晶、散体颗粒等,剪切模量比体积模量小至少两个数量级;
2 )软物质一般是功能材料,而不是结构材料;
3 )通常非力学载荷也能使软物质产生大变形;
4 )一般具有多物理场耦合的特征,是力学的一个分支。
软物质的相关力学实验还是个挑战。
不要做简单的“追随者”,国内学者不要盲目跟风。
如能在软物质力学研究中挖掘出传统力学框架解决不了的问题,就有可能成为“引领者”。
通过热烈的讨论,与会学者增进了对软物质力学的认识,并达成以下几点共识:软物质力学是力学的一个新兴方向,有区别于传统力学新的特点,要以宽容开明地心态支持关注其成长;软物质力学的出现发展是应用驱动,因此软物质力学研究时需针对几类有明确应用前景的对象;软物质多为功能材料,这也体现了力学研究有从结构材料研究拓展到功能材料研究的趋势;软物质力学作为一个学科方向很难准确描述,研究的问题也发散,目前尚不适于从学科组织层面来支持发展,可以考虑采用独立项目申请的方式来鼓励其发展。

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