报告题目：微纳米力学超材料的构筑设计、制备和力学性能研究
报告人：李晓雁
清华大学长聘副教授、博导
时间：2019年11月1日(星期五)上午8:30
地点：材料馆A323
报告人简介:
清华大学长聘副教授、博导，国家优秀青年基金获得者。主要从事新型微纳米结构材料的力学性能和力学行为研究，主要采用宏微观力学理论、多尺度模拟和原位电镜实验相结合的方法探索多种新型微纳米结构材料的变形和断裂行为，同时基于力学原理设计和制备多种微纳米力学超材料以及高熵合金。目前以第一或通讯作者在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Communications、JMPS、PNAS、PRL、Nano Letters、Advanced Materials、Science Advances、ACS Nano、Small等期刊上发表SCI论文40余篇，同时发表3篇英文书章。相关学术成果已经被Nature、Science、Nature Reviews Materials等国际著名期刊上的论文所引用并积极评价，同时也被Nature子刊、ScienceDaily、PhysOrg、R&D Mag、Nanotimes、Nanowerk、Chemical & Engineering News和中国科学网等国内外媒体所报道。曾获得2013年第13届国际断裂力学大会（ICF13）青年学者杰出论文奖、2018年Elsevier EML青年学者奖（Elsevier EML Young Investigator Award）、2018年Eshelby力学青年学者奖（Eshelby Mechanics Award for Young Faculty）和2019年中国力学学会青年科技奖。目前，应邀担任《中国科学：技术科学》中/英文版青年编委。曾担任第14届纳米材料国际大会的国内和国际委员会委员（National and International Committee Members）。
报告摘要:
近些年，微纳米力学超材料展示了优异的力学性能，如超高的比刚度、比强度和能量吸收率，其结构设计和制备已经成为固体力学和材料科学研究的前沿和热点。然而，微纳米力学超材料的力学性能之间存在一定的矛盾或互斥，如高强度与良好的可恢复性、高强度与低密度、高强度与大变形等。为了克服这些力学性能的矛盾或互斥，我们设计和制备了多种微纳米力学超材料，并采用原位电镜实验表征了它们的力学性能。
我们采用双光子光刻技术和磁控溅射相结合的方法制备了高熵合金-聚合物纳米点阵材料。这一点阵材料中杆件的最小特征尺寸约为260 nm，高熵合金镀层厚度为14.2-126.1 nm。原位扫描电镜压缩实验表明：该复合纳米点阵材料同时具有高的强度（约10 MPa）和良好的可恢复性。该纳米点阵结构的比强度高达0.027 MPa/kg·m3，最大压缩应变超过50%仍然可以实现几乎完全恢复，且单位体积能量吸收高达4.0 MJ/m3，这一数值比自然界具有相同密度的多孔材料高1-3个数量级。实验结果同时表明：随着高熵合金镀层厚度的增加，压缩过程中主要变形机制发生从局部屈曲到脆性断裂的转变。当厚度介于14.2-50.0 nm之间时，复合纳米点阵材料的比模量和比强度达到极大。
同时，我们利用双光子光刻技术和高温热解方法制备了具有Octet和Iso两种单胞构型的热解碳纳米点阵材料。这一点阵材料中杆件的直径约为260 nm，超过了目前三维光刻技术可以实现的最小分辨率极限。原位电镜测试及有限元模拟结果表明：这种点阵材料在密度约为1.0 g/cm3时，强度可以高达1.9 GPa。这一强度接近于热解碳材料固有的理论强度极限，且其比强度比目前人工制备的微纳米点阵材料的比强度高1-3个量级。同时，该点阵材料由于具有纳米尺度的特征尺寸，因而会表现出奇特的缺陷不敏感性。
