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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 微米和纳米 » 学术讨论 » 微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~
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会飞的泡123

铜虫 (小有名气)

[交流] 微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~

看了几篇关于纳米板和梁的论文之后，发现在数值算例的部分，很多人对表面弹性常量的赋值都是负数




还有的文献直接说这个表面材料的弹性常数是可正可负的：


我知道纳米板或者纳米薄膜与宏观的相同物质结构相比会变软或者变硬，也有很多人用理论模型或者原子模拟等方法研究这种表面的变软和变硬。但是对于负值的问题都是直接拿来用的，没有人解释为什么弹性常量会是负值。

我查了一下，最早引用负值的文献是在G等人发展表面弹性理论的paper里面，后面很多人都引用他的这组数据：
看下，就是我标黄的那个-8，这是个1978的文献，

在这篇paper中，他明确说了各个量的含义，就是表面弹性常量，一开始我还理解为是不是代表表面弹性常量与体的弹性产量的一个差值，负值就是说明表面比体的小，表示表面变软，正值就代表比体的大，说明表面变硬。但是追溯到G等人的表面弹性理论的paper发现对表面拉梅常量的定义里没有说明差值的问题。而1978的文献中对这组数据的引用也是另一个paper里面的结果：


但是对于这个标号【19】的文献我没能找到。

但是这组负值的数据真的被后来很多paper引用，但都没有解释为什么是负数，希望有理解这个问题的同学，给我一些指导，谢谢了！
微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~
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微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~-1
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微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~-2
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微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~-3
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微纳米的同学来讨论下纳米材料表面弹性常量的正负问题吧~-4
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1楼 2014-02-13 09:14:54
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LoogCat

铁虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
让我来终结这个问题吧！
表面弹性是负值源于表面建模理论的一个假设——“0厚度膜”。表面层是一个无厚度的膜(或壳)，表面对结构的影响通过膜的性质体现出来。我们需要注意的是，本体的影响并没有发生任何变化，只是在表面“附加”一层膜。这样的假设使得模型中的表面参数实际上是这个附加的膜的参数。尽管这个参数被用于纳米结构行为描述时是有效的，但它并不反应真实的表面特性，它反应的是表面层在完美晶格和自由表面之间的性质差异。在进行分子模拟的时候，具备完整晶格的系统的能量被设定为零。这表明，能量也是以完美晶格为参照的。如果模型中表面层的弹性参数是正定的，那么必然导致整体的刚度增加，在物理上只能表现为表面硬化；这和观测到表面软化的物理事实不符。所以说，膜化的表面理论才是导致表面弹性模量不正定的根本原因。

————以上摘自本人未发表文章，请勿抄袭！
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13楼2014-03-12 11:11:27
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ledlau

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
帮顶！
楼主钻研问题的精神值得佩服
赞一下(1人) 回复此楼
3楼2014-02-13 14:38:18
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会飞的泡123

铜虫 (小有名气)
引用回帖:
3楼: Originally posted by ledlau at 2014-02-13 14:38:18
帮顶！
楼主钻研问题的精神值得佩服

应该会有高手解答吧。。。
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4楼2014-02-13 15:12:46
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皇家笨猫

新虫 (初入文坛)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
会飞的泡123: 金币+1, 谢谢你哦，这个问题算是困扰我好久了吧。。。。 2014-02-15 08:45:30
我记得确实有些超弹性材料会有这个问题，就是表面在应力作用下表现出"顺从"外力而非普遍的“对抗”外力的趋势。这种情况一般好像是多见于材料表面，因为表面有能量。比如一个纳米薄膜，一旦表面有一定的应力，外力作用下这种表面应力可能会“助长”外力的效果，导致更大的变形。表现到实验中就是负的杨氏模量。这是我个人的理解，欢迎大神们指点。
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5楼2014-02-14 13:50:49
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DUANM14楼
2014-10-18 09:47   回复  
引用回帖:
3楼: Originally posted by ledlau at 2014-02-13 14:38:18 帮顶！ 楼主钻研问题的精神值得佩服

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