薄膜材料的案例
基于Comsol進行薄膜型聲學超材料的低頻降噪仿真分析
研究內容：
基于目前學者所設計的超材料結構設計了一種薄膜型聲學超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類似彈簧的作用。
圖1.薄膜型聲學超材料的結構示意圖
技術路線：
在comsol中對薄膜聲學超材料低頻降噪進行仿真分析。
1.添加固體力學和壓力聲學多物理場耦合：
圖2.物理場的選擇
2.建立薄膜聲學超材料的幾何模型并完成網格的劃分：
圖3.幾何模型的構建
圖4.網格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數的變量，添加薄膜和質量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質量塊和薄膜材料屬性的定義
4.邊界條件的添加：
在入射聲場和透射聲場的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時在薄膜的四周添加固定約束邊界條件，用于模擬薄膜被支撐框架固定的邊界條件。
5.添加研究，對吸聲系數的頻率分析：
圖7.薄膜聲學超材料的吸聲系數
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數對其參數化掃描，即可得到薄膜型聲學超材料的結構化參數的影響。
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公眾號:320科技工作室
展開 楊曉明：打破國外專利封鎖 開辟薄膜復合材料新天地
目前，浙江歐仁新材料公司生產的功能性薄膜復合材料包括吸波屏蔽材料、鋰電子封裝材料、顯示屏材料、石墨散熱膜等，已用于消費電子領域，客戶包括蘋果、華為、三星等。"這些材料在國際上都處于技術領先的位置。"楊曉明表示。
為了能夠讓公司的產品滿足更多用戶的需求，讓"中國創造"更加深入人心，楊曉明和他的團隊正緊鑼密鼓地擴大生產。目前，公司已經建成擁有超過2.2萬平方米的高凈化無塵車間及 6條多功能復合精密涂布生產線，可以滿足不同用戶的需求。
除了在消費電子領域有所收獲外，在大飛機領域，楊曉明團隊研發的功能性薄膜復合材料也打破了國外企業的壟斷。
"在大飛機上，我們研發的功能性薄膜復合材料采用高分子結構與性能設計、超聲/磁控聚合改性等高精尖技術，擁有隔音、隔熱、絕緣、阻燃等多種性能，可以滿足各種惡劣條件下的測驗。"楊曉明說，公司已與中航國際建立了長期合作關系，未來希望能夠與國外企業一決高下。
展望未來，楊曉明希望借此次大賽為契機，讓更多人關注歐仁公司的產品和技術，讓更多國外的企業主動來找他談合作，讓"中國創造"響徹世界。（戈清平）
高透明水晶樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=szjgb
展開 薄膜/基底復合材料刻劃仿真
1.avi
簡介：
（電鍍材料）在工程中被廣泛應用，但由于制得的薄膜涂層材料和基底材料在力學、熱學以及加工穩定性等方面的差異性，導致了涂層材料的失效機理成為了日益研究的重點方向。對于成型后的薄膜和基底材料，兩者之間的結合力和外力作用下表面涂層的脫落是評價薄膜質量的關鍵指標，是保證薄膜滿足機械、物理和化學等使用性能的基本前提。因此，薄膜材料界面結合性能的表征在實際應用中具有非常重要的意義。
由于影響劃痕實驗結果的參數有很多，就其本質的因素來說，不同的材料體系對結果有著很大的影響，因此對材料的本構關系進行研究是必要的。通過研究發現，可把各種不同的材料組合歸結為以下四種：彈性薄膜/彈性基底，彈性薄膜/韌性基底，韌性薄膜/彈性基底和韌性薄膜/韌性基底。通過選取適當的參數，分別建立了以上四種體系的有限元模型，并對劃痕模型進行了分析，如下使用的是彈性薄膜/彈性基底。
仿真：
通過建立變切深刻劃銀膜有限元模型，對薄膜受到外物的劃檫時產生的應力應變情況以及失效行為進行分析，為了減少網格數量，加快計算速度，模型只建立對稱的一半。其中圓錐壓頭錐尖半徑為50微米，銀膜尺寸為1.5×0.6×0.03（mm），基底尺寸為1.5×0.6×0.1（mm）。對于材料屬性方面，由于銀材料塑性模型尚未獲得，因此使用其他接近材料進行替代。為了實現變切深刻劃目的，將銀膜和基底材料進行傾斜0.6°處理，控制圓錐壓頭水平運動實現劃痕深度的逐漸穩定增加。分析步中使用動態顯示分析，在歷史輸出中進行位移和壓頭受力輸出。對于壓頭和銀膜之間的接觸，本例中使用的是通用接觸，防止壓頭劃穿銀膜對基底產生破壞，也可以使用面面接觸設置，同時把壓頭設置成剛體并設置參考點對于 銀膜和基底之間的關系使用綁定命令連接在一起。接觸屬性中對底面進行固定，對稱面中邊界條件設置對稱約束，壓頭運動以速度形式進行加載。
展開 材料｜奧來德有機薄膜封裝材料通過和輝量產線測試，已開始交付產品
來源 ：CINNO綜合整理
吉林奧來德有機薄膜封裝材料已經通過和輝量產線測試，獲得首批訂單并且正式交付產品。吉林奧來德成為封裝材料國內首家合格供應商。
有機薄膜封裝材料作為柔性OLED屏體的關鍵物料，其主要作用是與無機薄膜一起使用，起到隔絕水氧的作用，保護有機發光材料不被氧化，保持屏體的長壽命。自柔性屏量產以來，薄膜封裝材料生產技術一直被國外壟斷，并且朝著更薄的方向發展，要求更好的成膜性和打印特性，其敏感的材料特性要求嚴苛的生產環境和品控管理。奧來德公司通過多次實驗和品控把關，攻克層層難關，生產出滿足客戶需求的穩定性產品。
奧來德封裝材料的開發成功并量產供貨，繼蒸發源產品之后再次解決“卡脖子”問題，將會成為奧來德公司的又一重要產品，為國內多條G6柔性產線助力，為國產化替代更進一步。
在有機發光材料方面，奧來德自 2005 年成立以來，一直致力于電致發光材料的研發工作。公司 形成了比較完善的研發機制，建立了穩定的研發團隊，積淀了較為深厚的研發技術經驗。
展開 
Comsol 薄膜型聲學超材料隔聲性能（嵌入質量塊）
薄膜型聲學超材料的隔聲原理主要涉及到聲波在材料中的傳播和反射。 當聲波進入薄膜型聲學超材料時，它們會遇到由多層薄膜構成的結構單元。由于這些單元的尺寸接近于聲波波長，聲波會產生與材料中的結構單元相互作用的效應，這種效應會產生反射、衍射和干涉等現象。 通過合理設計和優化材料結 構，薄膜型聲學超材料可以實現對特定頻率范圍內聲波的反射和吸收，從而達到隔聲的效果。具體來說，當聲波遇到薄膜型聲學超材料時，一部分聲波會被反射回去，另一部分聲波則會被吸收或繼續穿透材料，但其強度會受到一定程度的衰減。通過層層反射和吸收，材料可以將聲波的傳播和干擾效應降到最小，從而實現隔聲的目的。
薄膜型聲學超材料的隔聲效果受到材料結構、厚度、孔徑大小以及聲波入射角度等因素的影響，因此需要進行合理的設計和優化，才能達到最佳的隔聲效果。
一、搭建模型
中間位置為薄膜包覆的質量塊結構
二、網格劃分
應力分布
傳遞損失曲線
透射系數曲線
在隔聲谷位置的透射系數很高。
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展開 一種用于熱管理的柔性相變薄膜材料
圖2.材料的XRD結構示意圖。
圖3.相變薄膜材料的防漏實驗。
圖4.相變薄膜的自愈合過程。
圖5.相變膜光學圖片以及材料的TGA/DSC曲線。
圖6.熱管理性能應用示意圖。
END
★ 平臺聲明
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都柏林大學張楠、蘇大周宇陽《Nano Letters》：多級復合納米結構納米材料高效抗新冠高分子薄膜
新冠病毒（SARS-CoV-2）可在高分子材料表面存活長達3天，對肉制品食品包裝、國際冷鏈運輸等造成很大威脅。薄膜包裝材料成為傳播新冠病毒的一個確認重要途徑。仿生微納米結構可通過物理作用‘刺破’細菌，而新冠病毒尺寸僅為100納米左右，無法直接利用微納米結構殺滅。納米銀/銅懸浮液可有效殺滅病毒。如何提高納米銀/銅在薄膜表面殺滅新冠病毒效率降低間接傳播病毒風險，建立抗新冠薄膜批量化生產技術是全球抗擊新冠疫情亟待解決的難題之一。
愛爾蘭都柏林大學助理教授張楠博士與蘇州大學周宇陽博士在《Nano Letters》期刊上發表了題為“Enhancement of Antiviral Effect of Plastic Film against SARS-CoV-2: Combining Nanomaterials and Nanopatterns with Scalability for Mass Manufacturing”的文章（DOI: 0.1021/acs.nanolett.1c02266）。本課題設計并建立了多級微納米結構抗新冠薄膜批量化生產工藝。利用研制的納米銀/銅聚乙烯醇（PVA）墨水和陽極氧化鋁（AAO）模板，分別結合超聲霧化噴涂技術和納米壓印技術（NIL），在PE和PET薄膜表面構造出經納米顆粒修飾的錐形矩陣，提高了殺滅新冠病毒的效率。
本技術優勢體現在以下三方面：
一、高效殺滅新冠病毒，多級微納米結構PE和PET薄膜可在1h內降低兩個數量級活性新冠病毒；
二、耐久性，5次模擬手摩擦實驗后，微納米結構保持完整；
三、工業化前景，原料及技術成本低，具有連續化工業生產前景。
展開 北京大學黃建濱教授、閻云副教授課題組在超分子薄膜構筑方法上取得重要進展
而與此同時，人們在構筑宏觀塊體薄膜材料上也傾注了大量的精力。為了得到塑性薄膜，人們通常會對高聚物溶液揮干溶劑或對高分子的熔體進行熱塑成型，從而造成大量的能量消耗。因此，亟待發掘簡單、節能、高效的新型薄膜材料構筑方法。
近期，北京大學黃建濱教授、閻云副教授課題組則將結塊過程與構筑塑性薄膜相結合，正向地將結塊的原理應用于由粉末材料向連續的液晶相超分子薄膜的構筑上，提出了一種全新且十分簡便的構筑薄膜材料的方法。首先，一種大頭基的表面活性劑(DEAB)可以與反電荷的多頭配體(TPE-BPA)得到一種納米尺寸的無規配位簇，而后金屬離子(Zn2+)的加入則可迅速使之交聯形成無定形的白色沉淀物。通過自發的結塊過程，沉淀中的分子可進一步發生重排運動，并使其由白色粉末狀的固體在短時間內轉變形成透明且可自支撐的薄膜材料。
圖1 通過結塊過程自發成膜
這種超分子薄膜材料的力學性質與塑性高分子相近，抗張強度為(0.65 ± 0.16) MPa，但卻具備在室溫及適宜的濕度環境下通過手指尖的壓力完成修復與鑄造的能力。力學測試表明這種可塑超分子薄膜在數十次的重鑄后也不會出現疲勞和強度降低，預示著其優越的材料工程性能。
展開 同濟大學路慶華、陸學民團隊提出聚合物薄膜中螺旋結構可控構筑及手性光學材料制備新方法
因此，研究具有可控螺旋結構的手性材料不僅對理解生命過程具有重要意義，而且對制備新型功能材料具有重要的價值。目前，已有在溶液環境中進行手性超分子組裝的報道，但是在固體狀態下鮮有報道，主要是由于固態狀態下物質分子的運動受限，且多數情況下固態中的分子已處于能量最低狀態。在固態狀態中，特別是薄膜形式，手性分子的組裝或螺旋結構的形成更加具有實用價值，比如負介電薄膜、吸波材料、隱形材料以及手性光學材料等。
基于以上背景，同濟大學化學科學與工程學院路慶華教授、陸學民研究員團隊，利用嵌段共聚物熱退火過程發生微相分離的特征，提出“手性小分子誘導聚物手性組裝策略”，不僅實現了分子尺度的手性轉移，而且在納米尺度上形成手性螺旋結構，通過精細調控嵌段共聚物的分子量以及小分子誘導劑結構可實現了嵌段共聚物薄膜中螺旋尺寸、旋轉方向、螺距尺寸和螺旋股數（單股、雙股和多股）的精準調控。這種手性薄膜不僅表現出清晰的手性光學特性，而且還具有誘導非手性發光分子進行手性發光的能力，這為手性功能薄膜的制備和手性材料的應用奠定了基礎。
這一成果近期發表在《Angew Chem Int Ed》上，同濟大學路慶華教授和陸學民研究員為論文的共同通訊作者，陸學民研究員為論文的第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金、上海市基礎重點項目的資助。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201809676
來源：同濟大學新聞網
展開 學術前沿：粒子增強橡膠基膜型聲超材料聲傳輸損耗的研究
原文摘要：
本文采用分子動力學（MD）法測定了粒子增強乙烯丙烯二烯單體（EPDM）/乙烯四氟乙烯（ETFE）共聚物材料的力學性能，并將該共聚物材料用于聲學超材料的結構設計。其次，基于離散點匹配方法，對材料的聲傳輸損耗特性進行了預測，并通過多物理場耦合有限元模型驗證了該理論的準確性和有效性。最后，研究了影響材料結構的7個關鍵參數，并分析了它們的影響規律和機理。結果表明，該結構彌補了傳統ETFE薄膜材料在低頻條件下的隔音缺陷。通過對關鍵參數的合理選擇，可以對特定頻段進行高隔音設計，這對建筑領域（新型建筑材料）的潛在應用具有重要意義。
原文總結：
本文提出了一種用于改善ETFE膜結構建筑聲學性能的顆粒增強聚合物薄膜超材料，側重于在聲音不易控制的低頻范圍內的結構隔音潛力。該結構的基礎薄膜由具有優良聲學性能的EPDM和ETFE復合材料組成，并引入改善機械性能的碳納米顆粒。整體結構由大量常規金屬塊加載在薄膜上組成。本工作的第一部分是使用MS軟件開發復合聚合物材料的宏觀力學性質；其次，利用離散點匹配的思想構建了聚合物薄膜聲學超材料的完整三維聲傳輸損失預測模型。同時，基于COMSOL Multi-physics 5.6軟件，建立了顆粒增強EPDM/ETFE MAM的聲學結構耦合有限元模型，并分析了其傳輸損失特性，驗證了上述方法的準確性和可靠性，也證實了該結構在低頻聲隔音方面的優越性。通過將該結構的聲傳輸損失與等效質量的聚合物膜結構和金屬膜結構進行比較，進一步展示了該結構在ETFE膜建筑中的潛力。
展開 光學膜｜住友化學運用AI和轉基因微生物技術制造高功能薄膜
住友化學與一家美國初創公司共同研發了一項技術，使用轉基因微生物生產用于移動終端的高功能薄膜。該技術可望在2021年內應用于主要制造商的移動終端。如果消耗大量能源的化學合成能夠被生物生產所取代，將有助于減少二氧化碳（CO2）的排放。
美國Zymergen和住友化學利用AI和轉基因技術開發的高功能薄膜（照片來源：Zymergen）
根據日媒日本經濟新聞報道，住友化學利用新技術研發的是一種名為Hyaline的薄膜材料。它是一種無色透明樹脂，厚度為幾十微米，可作為智能手機等設備的觸摸面板的薄膜材料。住友化學與位于美國加州的納斯達克上市公司Zymergen共同研發了使用微生物的制造技術。
住友化學公布稱：“Zymergen的數據庫記錄了微生物以糖等物質為食所產生的各種物質數據，通過運用人工智能（AI）和轉基因技術，研發出了Hyaline薄膜材料”。
為了使微生物有效地生產薄膜材料，Zymergen按照人工智能的指令將其進行了基因組編輯操作。如果把這些微生物放在罐子里培養，它們將繼續生產樹脂材料。
與傳統的石油化工生產方式相比，利用微生物生產的新材料更加透明，并具有耐久性和易于導電的優越性。新材料即使在折疊時性能也不會下降，因此適用于可折疊的智能手機等便攜式設備。據Zymergen稱，未來將從石油基生產轉向微生物生產。
Zymergen表示，「使用Hyaline薄膜材料將實現比現有傳統產品更明亮、更清晰、電池壽命更長的顯示器」。2019年4月，住友化學與Zymergen開始了業務合作。
展開 
同濟大學閆冰教授課題組AFM：稀土功能化氫鍵有機框架基水凝膠薄膜材料應用研究取得重要進展
近日，同濟大學化學科學與工程學院閆冰教授課題組以氫鍵有機框架材料為功能化對象，制備了一種銪離子功能化的氫鍵有機框架水凝膠薄膜，該薄膜具有長達1.99秒的長余輝，可用于兩種喹諾酮（氧氟沙星和氟甲喹）的熒光檢測，并且可以通過利用對兩種喹諾酮獨特的熒光響應實現信息的加密、解密和解碼。相關研究成果在線發表于國際知名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials ）(IF = 16.836) (DOI: 10.1002/adfm.202103321)。
智能可以被定義為感知、存儲、分析和響應周圍環境或信息的一種能力。由于其智能光學應用，如熒光傳感、防偽、生物成像、熒光標簽、光電設備和微芯片等，智能發光材料已經成為了材料科學中的一個研究熱點。對于智能發光材料來說，熒光響應是賦予發光材料智能的關鍵因素，常常表現為通過熒光增強、猝滅以及發射峰的移動來輸出信號。而熒光傳感和化學防偽技術均可利用熒光響應來實現。可發光的鑭系功能化的氫鍵有機框架基水凝膠薄膜作為智能發光材料，不僅制備簡單、攜帶方便，而且可以提高防偽技術的安全等級。因此，制備雙發射的鑭系功能化的氫鍵有機框架基水凝膠薄膜在應用前景上顯示出了巨大的優勢。
同濟大學化學科學與工程學院閆冰教授課題組在多年開展金屬有機框架功能化組裝稀土光功能雜化材料研究的基礎上，逐漸拓展至非金屬的有機框架晶態基元雜化材料的構筑及功能化。比如，在共價有機框架材料的后合成功能化方面取得了系列進展(J. M. Wang, B. Yan*, et al., Inorg.
展開 基于comsol進行共振薄膜聲學超材料的模態分析
研究背景：
從聲學超材料出現到薄膜型和薄板型聲學超材料局域共振隔聲機理的廣泛研究，其負等效質量和負等效密度特性打破了傳統吸隔聲材料質量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態、相對聲阻抗率有關。對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，探討振型模態與吸聲系數曲線的對應關系。
研究內容：
由吸聲系數理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態、相對聲阻抗率有關，對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，探討振型模態與吸聲系數曲線的對應關系。
圖1.薄膜型結構
圖2.無中心質量塊薄膜型結構的固有模態分析
圖3. 含中心質量塊薄膜型結構的固有模態分析
數值模擬：
分別對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，預應力模態仿真選取的聚酰亞胺薄膜彈性模量為 2.35GPa，泊松比為 0.38，選取的結構鋼質量塊彈性模量為 200GPa，泊松比為 0.30。進行COMSOL 預應力模態仿真時，圓形薄膜結構采用膜單元(Membrane)，薄膜中心質量塊結構進行添加質量處理，除邊界條件的設置外，還需在薄膜表面施加初始面應力 200N/m。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖4.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖5.物理場的設置
（3）模態分析
無附加質量塊張緊圓膜結構和附加圓形質量塊薄膜型結構的前6階固有頻率和模態振型仿真結果如圖。可以看出在comsol中利用膜單元對薄膜型結構的固有模態分析結果與原文中對應的十分準確。
圖6. 復現無中心質量塊薄膜型結構的固有模態
圖7.
展開 contact的soft如何選擇
在罰函數法中，一個彈簧被放在兩個物體之間，其間的接觸力由下式給出
k = 接觸界面剛度、 δ= 物體間的穿透量
理想情況下，接觸過程中接觸面間不應該有穿透
k=無窮大
需要盡量避免初始單元穿透——可使用LS-PrePost提前檢查
兩種方法來計算彈簧剛度值：
1, 根據接觸面的材料特性和尺寸自動計算接觸剛度。也就是SOFT=0
2, 基于接觸節點的質量和積分時間步長，它與接觸材料常數無關， SOFT=1、2
故需要經常檢驗 d3hsp文件以確保求解時間步長 小于 接觸穩定所需時間步長
圖中基于材料屬性和單元尺寸的最小時間步長為 0.56918e-6 【也就是timestep】小于 穩定接觸所需的(0.185e-5)，因此模型是 OK的。
1， 自動計算接觸剛度。
接觸剛度由接觸面單元的大小和材料屬性決定。因為這種方法依賴材料常數和單元大小，所以當接觸面材料的剛度參數在同一個數量級上時非常有效。在材料不相似的情況下，接觸可能會失效，因為LS-DYNA會粗略地把SLAVE和MASTER中最小的剛度認為是接觸剛度，這樣做也許剛度太小。這種情況經常會碰到，比如疏松的薄膜材料和鐵材料間的接觸。因此，在碰撞分析中，我們不建議使用SOFT=0 這個選項，除非你有豐富的經驗確保不會發生問題。
2， 基于接觸節點的質量和積分時間步長，它與接觸材料常數無關
很適合處理不同材料間的接觸方式，這個剛度值等于節點的質量除以時間步長的平方。可以通過比例縮放因子來確保計算的穩定。通常，在金屬和金屬接觸的情況下，SOFT=0或SOFT=1相當。
展開 金屬所首次制備出一種新型熱電材料！
熱電材料是一種不需任何外力即可將“熱能”與“電能”相互轉換的“綠色”能源材料，可利用生活、生產中的廢熱發電，或在施加偏壓條件下實現熱量的精準傳輸，被廣泛應用于溫差電池供電、微系統芯片控溫制冷等領域。
傳統的熱電材料為無機共價鍵/離子鍵晶體，例如碲化鉍（Bi2Te3）是目前應用最廣的熱電材料，其周期性層狀結構內為共價鍵/離子鍵連接，而層間為弱范德華力連接，因而具有本征的脆性，不能發生柔性變形。傳統熱電材料在實際應用中無法緊密貼合具有復雜曲率變化的熱源表面（如熱源管道、人體體表等），這種不良熱接觸導致熱量散失和較低的熱電轉化效率；同時也難以適應熱電器件日趨微型化和高度集成化發展的需要。因此，高性能柔性熱電材料的研發已成為該領域研究的重點和難點。
近期，中國科學院金屬研究所研究員邰凱平課題組、劉暢課題組與合作者研制出一種高性能碲化鉍/單壁碳納米管（Bi2Te3/SWCNT）柔性熱電材料。研究人員采用自主設計改進的磁控濺射沉積系統，以具有優異力學和電學性能的自支撐碳納米管三維網絡為骨架，利用亞納米尺度的碳管束溝槽限制擴散和誘導有序形核以及薄膜材料的溫度選擇性晶面生長機理，首次制備出具有高度有序顯微特征的Bi2Te3/SWCNT復合自支撐熱電薄膜材料。
圖1 Bi2Te3-SWCNT復合自支撐熱電薄膜材料生長結構示意圖
該復合材料具有納米孔隙結構，沉積的Bi2Te3納米晶粒緊密附著于碳納米管束表面，且具有高度（000l）面織構，Bi2Te3<-12-10>晶向平行于碳納米管束軸線，相鄰Bi2Te3納米晶粒間為小角度取向傾轉晶界。Bi2Te3（000l）面織構有利于提高載流子面內傳導，小角度晶界能進一步降低其對于傳導載流子的散射作用，納米孔隙結構和Bi2Te3/SWCNT界面等缺陷起到散射聲子降低熱導率的作用。
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