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非常规网状软材料力学及其应用

作者: 访问量:615时间:2021-10-17


题目:非常规网状软材料力学及其应用

报告人:张一慧教授(清华大学航天航空学院工程力学系)

时间:2021年10月18日(周一) 14:30—16:00

地点:明故宫校区A18号楼529会议室

主办单位:机械结构力学及控制国家重点实验室、多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室、航空学院、科协

 

报告内容摘要

通过借鉴或突破天然有机生物系统中的微观结构构造,可望实现具有类似力学性能的仿生软材料,甚至实现天然材料不具备的超常规力学及物理性能(例如负泊松比、负溶胀等),在生医器件、组织工程、软体机器人等领域中具有非常重要的应用前景。然而,自然界中的很多生物软材料具有非常复杂的微观结构构造,有时还体现出一定的随机性分布特征,使其仿生设计变得十分挑战。本报告围绕力学驱动的非常规网状软材料的设计与制造展开介绍。一方面,将介绍受生物体胶原组织微观构造启发而建立的仿生软材料设计,其核心思想是将马蹄型及螺旋型微结构与点阵构型相结合,进而基于常规工程材料再现出生物体的复杂力学行为,并通过建立仿生网状软材料的非线性细观力学理论,揭示出弹性模量、延展率等关键力学性能与微结构构型之间的依赖关系,实现可精确匹配皮肤以及心脏组织应力应变曲线的缺陷不敏感仿生材料。另一方面,将介绍在周期性网状材料中引入任意曲线微结构、结构化旋转节点和复合微结构的多级点阵设计概念,建立基于多级点阵的软质力学超材料的非线性变形理论及设计方法,制备出具有超大负溶胀、各向异性负溶胀、可编程多稳态、热致纯剪切等非常规性质的网状超材料,还实现了材料泊松比在-1到1范围内的精确调控及大变形各向同性的性质。最后,本报告将介绍所研制的网状软材料在生物集成器件等领域中的应用,包括匹配人体表皮力学性能的多功能仿生电子皮肤和可促进皮肤再生的止血绷带等。

 

报告人简介

张一慧,清华大学长聘教授。2006年和2011年分别在南京航空航天大学和清华大学获学士和博士学位。2011年至2015年在美国西北大学土木与环境工程系先后担任博士后和研究助理教授。长期从事软物质力学、三维微结构组装、柔性电子器件力学等领域的研究。发表学术论文140余篇,被他引一万余次;获得授权的中国发明专利5项、美国发明专利3项。作为通讯作者,相关成果发表于JMPS、IJSS、Nature、Science、Nature Materials、Nature Reviews Materials、Nature Electronics、NSR、Nature Communications、Science Advances、PNAS、Advanced Materials等高水平期刊。曾获科学探索奖、麻省理工学院技术评论“全球35位35岁以下创新者”、国家自然科学基金委优青、美国机械工程师协会Thomas J.R. Hughes青年学者奖、国际工程科学协会青年学者奖章、美国机械工程师协会Sia Nemat-Nasser早期职业生涯奖、美国机械工程师协会Melville奖章、Eshelby青年力学教授奖、香港求是科技基金会杰出青年学者奖、科睿唯安高被引学者等荣誉。兼任Science Advances、Mechanics of Materials、Journal of Applied Mechanics和Research的Associate Editor,国际工程科学协会执委会成员、中国力学学会电子电磁器件力学工作组和软物质力学工作组副组长等职务。




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