軟彈性體表面剛性薄膜起皺的計(jì)算機(jī)模擬研究

1、軟彈性體表面剛性薄膜起皺的軟彈性體表面剛性薄膜起皺的計(jì)算機(jī)模擬研究計(jì)算機(jī)模擬研究ComputerSimulationofThinFilmWrinklingonElasticSubstrate學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：呂倩茹指導(dǎo)教師：何學(xué)浩教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一三年五月萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要?jiǎng)傂员∧ふ掣皆谌嵝曰咨蠒r(shí)，其在基底內(nèi)部應(yīng)力釋放的過(guò)程中會(huì)發(fā)生起皺現(xiàn)象，起皺機(jī)制在柔性電子元件、光學(xué)器件、微納制造、薄膜度量等方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。目前，人們

2、對(duì)起皺動(dòng)力學(xué)的研究很少。在本文研究工作中，我們建立了一種簡(jiǎn)單的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)模型，針對(duì)柔性基底拉伸并與剛性薄膜粘附后發(fā)生的起皺機(jī)理和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。起皺模型包含剛性薄膜和柔性基底兩部分，剛性薄膜由單層粗粒化粒子構(gòu)成，薄膜與基底之間的吸附作用采用非成鍵LennardJones作用勢(shì)。材料彈性模量和泊松比的變化通過(guò)調(diào)節(jié)各部分成鍵作用和非鍵作用參數(shù)實(shí)現(xiàn)；界面作用強(qiáng)度的變化通過(guò)調(diào)節(jié)LJ作用勢(shì)的勢(shì)阱深度實(shí)現(xiàn)。在本文中我們建立了兩種具有不同

3、泊松比的基底，并系統(tǒng)研究了薄膜模量、基底拉伸率、基底厚度以及界面作用強(qiáng)度對(duì)起皺的影響。研究結(jié)果表明起皺過(guò)程主要分為三個(gè)階段：潛伏期、快速增長(zhǎng)期和動(dòng)態(tài)平衡期。在潛伏期，模擬體系尺寸緩慢變化，平均振幅緩慢上升且增長(zhǎng)指數(shù)為0.25，在此階段無(wú)明顯的皺紋產(chǎn)生；在快速下降期，模擬體系尺寸急劇下降，平均振幅迅速上升且增長(zhǎng)指數(shù)為1，此階段出現(xiàn)明顯的皺紋結(jié)構(gòu)；在動(dòng)態(tài)平衡期，模擬體系的尺寸和平均振幅逐漸趨于其平衡值。由于表面剛性薄膜的限制，基底在回縮過(guò)程