纳米多孔金属材料力学特性的理论与实验研究

纳米多孔金属材料具有独特的化学及物理性质，在传感与激励、化学催化、组织工程等领域有广泛的应用前景。明确纳米多孔金属的力学性能对其功能化应用有重要的理论和实际意义。本项目采用理论分析和实验测试相结合的研究方法进行纳米多孔金属材料力学特性研究。主要内容包括：分别以纳米多孔金及两级纳米多孔金膜为测试对象，系统研究微结构形态和尺寸对其基本力学性能和表面浸润性能的影响；基于表面弹性理论，建立包含表面效应的力学模型，理论分析确定纳米多孔材料和多级纳米多孔材料的力学特性，诠释实验现象和规律；建立适用于纳米多孔材料和多级纳米多孔材料的浸润模型；通过测量铂修饰纳米多孔金膜的基本力学参数，考察表面修饰在调控纳米多孔金属材料力学性能上的功效。本项目的开展，将为揭示纳米多孔金属材料的力学行为，完善其力学分析体系，改善力学性能等方面提供实验数据和理论依据。

纳米多孔材料是一种兼具纳米功能和多孔结构双重属性的新型功能材料，探知其力学行为和变形机制,对了解材料性能并开拓其应用前景有着重要意义。我们首先针对以往研究中存在的重点，难点和争议点进行了总结分析。随后，基于脱合金腐蚀法制备了纳米多孔金属材料并通过控制后处理工艺调节其孔棱尺寸。采用拉伸，纳米压痕等手段获得了其基本的力学、热学性能及表面修饰对其力学性能的影响规律。发现纳米多孔金属的模量，热导率具有明显的尺寸效应，表面修饰技术能显著提高该类材料的硬度值。结合实验结果，基于表面弹性理论，建立了纳米多孔金属和多级纳米多孔金属的力学分析框架，得到了孔棱尺寸和微结构依赖的力学行为分析模型。分析了低维纳米材料的浸润特性，并藉此自下而上的研究了纳米多孔金属的浸润特性，结果表明随着孔棱尺寸的增大，纳米多孔金属浸润特性发生了明显的转变。