軟彈性體表面剛性薄膜起皺的計算機模擬研究

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算機模擬研究計算機模擬研究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方數(shù)據(jù)摘要剛性薄膜粘附在柔性基底上時，其在基底內(nèi)部應(yīng)力釋放的過程中會發(fā)生起皺現(xiàn)象，起皺機制在柔性電子元件、光學(xué)器件、微納制造、薄膜度量等方面具有潛在應(yīng)用價值。目前，人們

2、對起皺動力學(xué)的研究很少。在本文研究工作中，我們建立了一種簡單的粗?；肿觿恿W(xué)模型，針對柔性基底拉伸并與剛性薄膜粘附后發(fā)生的起皺機理和動力學(xué)進行了系統(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?；Ｗ訕?gòu)成，薄膜與基底之間的吸附作用采用非成鍵LennardJones作用勢。材料彈性模量和泊松比的變化通過調(diào)節(jié)各部分成鍵作用和非鍵作用參數(shù)實現(xiàn)；界面作用強度的變化通過調(diào)節(jié)LJ作用勢的勢阱深度實現(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度對起皺的影響。研究結(jié)果表明起皺過程主要分為三個階段：潛伏期、快速增長期和動態(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指數(shù)為0.25，在此階段無明顯的皺紋產(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指數(shù)為1，此階段出現(xiàn)明顯的皺紋結(jié)構(gòu)；在動態(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，基底在回縮過程