科学家们熨烫了皱纹的物理学

时间：2021-10-09 08:52:12 来源：

研究人员将实验和理论结合起来，以确定弯曲边缘如何影响超薄材料的皱纹。

当我们想到皱纹时，我们通常会设想蚀刻到我们皮肤的线条，对于一些不受欢迎的现实，以及其他人的生活骄傲的生活胜利。在材料科学中，皱纹也可以想要或不受欢迎。但导致皱纹发生的物理因素尚未完全理解。

现在，在最近发表在应用的物理信函中，来自Mokinawa科学技术研究生大学（OIST）的数学，力学和材料（MMM）单位的研究人员表明，通过改变皱纹，可以通过改变皱纹或减少皱纹在材料边缘的曲率。

“历史上，科学家和工程师专注于防止皱纹，这可能对压力传感器，飞机面板和轻量级航天器结构的性能产生不利影响，包括可展开的空间臂和望远镜，”埃里奥特教授炸土而言，艾米尔炸弹炒。“但最近的研究也表明，皱纹可以提供有用的物质。例如，它可用于制造材料超级疏水物或制造以独特方式反射光的涂层。“

钻石窗口中的皱纹是由金刚石和玻璃层中的应力引起的。图像A中的菱形窗口小于图像B中的钻石窗口，具有较高的皱纹密度。

本机首先遇到了皱纹的现象，同时使用超薄纳米晶金刚石薄膜，在一块玻璃板上生长。

“我正在拆除纳米晶金刚石薄膜的小区域下的玻璃层，以营造钻石窗，”史密斯博士博士·詹森博士说，摩尔摩单位的第一个作者和博士后研究人员。“钻石窗户非常困难，但它们具有真正令人兴奋的潜在应用，包括用作透明结构，细胞培养物可以生长，并且容易可视化。”

科学家发现，皱纹是制造钻石窗户的不可避免的一部分。将玻璃板顶部的纳米晶金刚石膜的过程涉及加热和冷却基板，这使得两层通过不同量扩展和收缩，在詹森博士解释的层中产生应力。然后，当玻璃基板中的孔通过激光和酸形成钻石窗来形成金刚石窗口时，残余应力导致现在纳米晶金刚石膜的现在悬浮部分，这不再粘合到玻璃板上，以变形和皱纹边缘。

“我们意识到钻石窗口提供了理解影响皱纹的一些物理因素的绝佳机会，”炒教授说。“使用圆形钻石窗口，我们通过实验证明了直径和边界曲率对皱纹的影响，然后我们也开发了一个简单的理论模型来解释我们所观察到的内容。”

桥接实验与理论

在研究中，研究人员创造了不同的尺寸钻石窗，然后测量在每个钻石窗口的弯曲边缘的悬浮膜中形成的波长和皱折的波长和数量。

他们发现，随着金刚石窗的尺寸增加，减小了粘合和悬浮的纳米晶金刚石金刚石膜之间的边界处的曲率，皱纹的密度降低，每个皱纹的波长更长。

研究人员还测量了菌株的水平 - 层引起的变形量引起的层中的应力 - 穿过金刚石窗口。

“以常规方式在2D材料上测量应变是非常复杂和昂贵的，但我们能够设计一种技术，而是确定钻石窗口的表面剖面 - 每个点是高度的 - 然后开发出算法以检索算法应变值，“Janssens博士说。

科学家们使用激光显微镜来确定钻石窗口表面上的高度，以便计算应变水平。对于该钻石窗口，悬浮的纳米晶金刚石膜在玻璃表面下方向下扣。

然后，该团队使用实验结果来开发理论模型，他们认为可以用于设计具有功能性皱纹或减少皱纹的设备。

该模型还在实验中扩展，表明含有负曲率的器件将看到皱纹的进一步减少。

展望未来，该单位有兴趣以戒指的形状创建钻石窗，而不是圆圈。虽然制造更具挑战性，但这些结构在纳米晶金刚石薄膜的悬浮和附接部分之间具有两个边界 - 一个具有正曲率的一部分，一个具有负曲率的曲率，允许科学家使用实验来进一步探索其模型的有效性。

科学家希望制作环形钻石窗，这具有正面和负曲率的边界。

“总的来说，这项研究整合了理论，计算，实验和分析，”炒教授说。“在OIST培养的跨学科环境使得这项工作成为可能，最终允许我们单位的所有研究人员合作并扩大他们的专业知识。”

参考：“对薄悬浮薄膜的皱纹的边界曲率效应由Stoffel D. Janssens，Burhannudin Sutisna，Alessandro Giussani，James A. Kwiecinski，DavidVázquez-Cortés和Eliot Friot，2020年5月11日，应用物理字母.DOI：
10.1063/5.0006164

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