柔性材料拉伸的案例
郭傳飛、任志鋒《先進功能材料》綜述: 柔性電子學—可拉伸電極及其未來
隨著可穿戴和可植入式電子設備的出現，以及對智能軟體機器人不斷增長的需求，學術界和工業界已將目光投向了研制開發同時具有優異力學柔性和電學特性的功能電子材料，而可拉伸電極材料是基礎關鍵。
圖1 柔性電極、柔性電子設備和軟體機器人之間關系的示意圖
文章系統比較了不同電極材料的光電性能和力學性能，并對常用電極材料的優缺點進行了評述。此外，文章還深入探討了材料的幾何形狀設計（圖2）、襯底選擇以及電極-襯底粘附力對電極拉伸性能的影響，揭示了設計制備可拉伸電極的一種通用策略，并闡釋了具有生物相容性的可拉伸電極在人體（圖3）和新型智能仿生電子產品（圖4和圖5）中的應用。
圖2 可拉伸電極的幾何形狀與剪紙結構設計
圖3 柔性電子器件在人體上的應用
圖4 多功能電子皮膚的特性示例
圖5 柔性電極在電驅動軟體驅動器的應用示例
文章最后指出，雖然柔性電子領域取得了很多令人鼓舞的進展，但依然面臨著巨大的挑戰。同時集成了物理、化學和電生理信號測試傳感功能的可穿戴綜合醫療健康監測系統，可以為人們提供一個更加全面的個人生理健康狀態圖像，是未來醫療健康領域發展的方向。此外，將具有不同功能的柔性電子元件（包括傳感、驅動、數據傳輸和分析、能源，以及能量收集轉化系統等）集成于一體的智能柔性電子系統能夠對內部和外部信號進行實時感應和動態反饋，是智能制造領域的熱點研究方向之一。隨著柔性電子和人工智能時代的到來，可拉伸電極和電子元件與生物體的有機集成，以及開發具有柔性幾何結構設計和實時自主感應反饋的全軟體機器人，將成為越來越重要的跨學科領域。
文獻鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.20180592
（Adv. Funct.
展開 ：室溫快速自修復可拉伸柔性透明電磁屏蔽材料
制備的材料能在10 min內完全修復機械性能，柔性優異（楊氏模量低于1 MPa）。此外，該材料還具有極高的透明度（>94%）和優異的抗撕裂性能（>800%），為該材料在FOE中的應用提供了可能。基于上述特性，研究團隊將銀納米線滲流網絡半嵌入該彈性體表面，最終獲得的材料擁有超過60%的透明度，即使在拉伸50%應變時，仍具有超過20dB的EMI 屏蔽效果。得益于聚合物分子鏈的高動態性和銀納米線滲流網絡獨特的半嵌入結構，分子鏈運動時，也能帶動銀納米線滲流網絡運動，使得受到損傷的銀納米線網絡搭接出新的導電通路，從而賦予了材料電磁屏蔽功能快速自修復的特性。
圖1.自修復可拉伸透明電磁屏蔽復合材料制備策略
PDMS-MPI-HDI分子鏈中MPU單元和HDU單元無規排布，聚合物分子鏈松散堆積，打破了結晶行為，在DSC中未發現結晶峰，樣品呈無色透明狀態，透明度高于94%。向PDMS-MPI-HDI表面半嵌入一層銀納米線滲流網絡后，復合材料在具備導電能力的同時，仍然保持透明。
圖2 Ag NWs/PDMS-MPI-HDI的電磁屏蔽功能修復展示
破損的銀納米線滲流網絡能在分子鏈運動的帶動下，重新搭接出導電通路，實現電磁屏蔽功能的自修復，在室溫下修復60 min后，復合材料表面劃痕可基本消除。即使是在拉伸狀態下，受損材料上的缺口也沒有進一步擴展，在恢復形變后，其電磁屏蔽效率仍能恢復如初。
展開 《ACS Nano》自愈合、透明、可拉伸的柔性電源
近來，關于柔性電子、仿生電子、軟體機器人的研究方興未艾，隨之而來的一大難題是：如何給這些軟體器件供電？傳統的二次電池、太陽能電池等都很難匹配這些器件的多功能性，例如：高的拉伸形變能力、高透明度、甚至自愈合功能。盡管目前很多研究在一定程度上實現了各類柔性能源器件，但由于各自材料選擇和結構設計的限制，這些能源器件很難同時兼具這三種功能。
中科院北京納米能源與系統研究所蒲雄研究員、胡衛國研究員和王中林院士團隊近來報道了一種基于摩擦起電與靜電感應效應的摩擦納米發電機（TENG），該能源器件同時具有高拉伸形變能力、高透明度和自愈合功能。該工作首先制備了一種具有自修復功能、透明的彈性體（H-PDMS），該彈性體為含有亞胺鍵的PDMS（如圖1），基于席夫堿反應，含有可逆亞胺鍵的PDMS彈性體在受損后可自發高效愈合，愈合過程可在室溫下完成，無需加熱、光照等外界刺激，機械彈性愈合效率可達94%。
圖1. 制備的彈性體的自愈合機制。
隨后，他們制備了銀納米線和PEDOT:PSS復合膜作為導電電極。盡管復合導電膜本身不具備延展性，但通過預拉伸轉移—預應力釋放—彎曲褶皺的方法（圖2），可制備具有褶皺狀的Ag-PEDOT復合電極，從而使電極及最終的器件具有可拉伸變形性能，電極在預應力范圍內拉伸，電阻大小幾乎沒有變化。由于基底H-PDMS具有自愈合功能，受損后基底的修復過程會帶動斷裂的Ag-PEDOT復合電極重新實現電接觸（圖3），從而實現電極的電愈合。相比于平整的電極膜，褶皺狀結構的Ag-PEDOT導電層在外界應力下機械損傷小，因而具有更穩定的電愈合性能，使用刀片切斷3次后均能恢復導電，電阻升高約60~170%每次。此外，該工作研究了預拉伸應力大小與器件透光度之間的聯系。
圖2. 自愈合、透明、可拉伸摩擦納米發電機的制備、結構示意圖。
圖3.
展開 液態金屬柔性可拉伸傳感器取得新進展
（來源：深圳先進技術研究院）
柔性傳感器的拉伸、扭轉和彎曲
超高可拉伸傳感器的拉伸實驗
可拉伸傳感器的特性分析和應用示范
來源：材料科學與工程
固體火箭發動機柔性接頭拉伸載荷下強度分析
摘要: 柔性接頭是固體火箭發動機擺動噴管的執行部件, 由若干同心的環狀球體的彈性件、增強件以及前后
法蘭相互交替地粘接在一起而成, 采用軸對稱有限元法對柔性接頭在拉伸載荷下進行了強度分析, 得到了在
015M Pa 彈射壓強的拉伸載荷作用下柔性接頭應力分布, 由此計算彈性件與增強件之間界面最大拉應力及層
間剪應力分別為2134M Pa 和0128M Pa, 界面粘接強度滿足使用要求。
固體火箭發動機柔性接頭拉伸載荷下強度分析.PDF
一文搞懂：金屬材料的拉伸試驗 附《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》下載
8）用游標卡尺測量縮頸處最小直徑
3、金屬材料拉伸過程中的四個階段
試驗最終得到的拉伸曲線，實際上是載荷－伸長曲線，在這個曲線中有四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。
1）彈性階段: 隨著荷載的增加，應變隨應力成正比增加。如卸去荷載，試件將恢復原狀，表現為彈性變形，此階段內可以測定材料的彈性模量E。
2）屈服階段: 普碳鋼：超過彈性階段后，載荷幾乎不變，只是在某一小范圍內上下波動，試樣的伸長量急劇地增加，這種現象稱為屈服。如果略去這種荷載讀數的微小波動不計，這一階段在拉伸圖上可用水平線段來表示。塑性變形是突然開始且載荷數會突然下降，如果全部卸除荷載試樣將不會恢復原長表現為永久形變。而對于鋁合金來說，彈性區域的結束點并非伴隨著載荷的突然下降或其他明顯的變化從彈性階段到塑性階段是一條平滑漸變的曲線。
3）強化階段：試樣經過屈服階段后，曲線呈現上升趨勢，由于材料在塑性變形過程中不斷強化，材料的抗變形能力有增強了，這種現象稱為應變硬化。若在此階段卸載載荷到零時，變形并未完全消失，應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變。
4）頸縮階段和斷裂階段，試樣伸長到一定程度后，荷載讀數反而逐漸降低。
展開 發現控制氣體在多孔材料擴散的“局域柔性”材料
研究人員將該MOF材料填充分離柱，測試了氧氣/氬氣和乙烯/乙烷的分離效果。結果顯示，在180 K、混合氣中氧氣含量僅為5%的情況下，MOF材料對氧氣的純化比例仍能達到95%。在273 K下混合氣中乙烯含量僅為5%的情況下，純化比例仍能達到80%。除了相似氣體的分離，這種擴散受限的MOF材料也可作為氣體存儲的優良介質。
“通常工業上分離氧氣/氬氣的方法是在87 K下進行多級精餾，或引入氫氣燃燒掉氧氣，再分離氫氣/氬氣，但無論哪種方法能耗都巨大。新的MOF在干冰溫度下即可高效分離氧氣/氬氣，為低能耗氣體分離提供了新思路。”顧成說。
顧成表示，這種新的 MOF材料構筑策略是在剛性骨架上引入局域的柔性，即通過微擾來實現對孔結構在埃尺度上的精確控制。“這賦予了MOF材料全新的功能化方法，這種MOF結構和構筑策略為發展未來功能性多孔材料提供了藍圖。”
來源：中國科學報
展開 材料的應力應變拉伸曲線圖集及CAE分析常用材料屬性匯總femfat常用材料匯總 ￥2.99
分析材料資料，如有需要可以自行下載查看，附件限額50MB，如有需要，可以單獨聯系我
1、車身底盤常用金屬材料-FEMFAT
2、FEMFAT_50_材料對照表
3、幾百種材料的應力應變拉伸曲線圖集（英文）
4、CAE分析常用的材料屬性表
5、更多
請問有老哥知道復合材料的熱拉伸模擬怎么做嗎？就是先加恒定的熱通量一段時間，然后拉伸？
請問有老哥知道復合材料的熱拉伸模擬怎么做嗎？就是先加恒定的熱通量一段時間，然后拉伸？還有就是如果做實驗的話用什么儀器來做呀？
我在材料拉伸過程中為什么總是看不到材料被破壞呀
我在材料拉伸過程中為什么總是看不到材料被破壞呀
一種用于熱管理的柔性相變薄膜材料
相變材料(PCMs)可以通過改變自身的物理狀態來儲存或釋放熱能，并在一定時間內保持溫度恒定，它們已被用作電池熱管理或熱失控抑制的有效工具。然而，PCM熱管理不可避免的問題是它的泄漏問題。
為了解決這一問題，提出了多種制備形狀穩定的復合相變材料的方法。然而，這些復合PCM在固態下通常是剛性的，不能很好地貼合在熱器件表面，增加了界面熱阻和安裝難度。然而，目前使用的PCM在實際應用中，由于其固有的剛性、易脆性破壞和不可回收性，導致其相互接觸不良、熱接觸電阻高、使用壽命短。為了克服這些問題是目前研究的重點方向之一。
02
成果掠影
近期，中國科學院大連物理化學研究所史全教授在開發具有柔性的熱管理相變材料取得新的成果。該團隊開發了一種具有高轉變焓的柔性自愈相變膜，該相變膜具有較高的儲能密度、良好的柔韌性和自愈能力。實驗結果表明在98.7℃的相變溫度下，相變膜具有優異的彈性，相變焓高達191.5 J/g。值得注意的是，由于氫鍵的可逆性，柔性相變膜具有良好的自修復能力，其自修復效率高達91.1%。此外，還將相變膜附著在加熱平臺表面，以評估其在熱管理方面的潛力。該柔性自愈相變膜在不同升溫速率下均能保持高效的熱管理能力，具有發展先進熱管理技術的巨大潛力。研究成果以“Flexible self-healing phase change film with high transition enthalpy for thermal management ”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 
『下載』如何將拉伸試驗所得的材料數據輸入到材料庫中
如何將拉伸試驗所得的材料數據輸入到材料庫中，建立流動應力曲線
上海交大超柔性納米發電復合材料
在所制備的壓電纖維布復合材料中，每根纖維表面都包裹了一層納米級厚度的PZT材料，每根纖維之間的PZT之間互相連接，形成了一種類似于玻璃纖維布的多層次結構。電子級玻璃纖維布本身所具有的宏觀超柔性和微觀剛性給予了這種壓電纖維布具有高效的能量傳遞、轉換以及超柔性。而且這種壓電纖維布可以實現插指電極掩膜設計和上下柔性電極貼合封裝設計。比如，一塊3.5cm×1.5cm大小的納米壓電纖維布利用插指電極在標準測試下能夠產生～60 V和～500 nA的輸出。一個8cm×8cm大小的納米壓電纖維布利用超柔性的導電聚乙烯碳膜作為上下電極在模擬人體運動的情況下能夠輕易點亮20個商用綠色LED燈。
同時，利用玻璃纖維布的微觀剛性，首次發現壓電納米發電機的形變與信號輸出之間呈線性關系，可望在柔性傳感領域獲得重要應用。另外在這種多層級結構的玻璃纖維布基底上沉積寬光譜吸收高壓電活性壓電材料還有望能夠同時收集光能、熱能和機械能。這項工作為制造高性能，超柔性，低成本的納米發電機及柔性傳感器提供了新的視角，可望在柔性可穿戴設備領域獲得應用。
論文共同第一作者為上海交通大學的碩士研究生賀思博和英國華威大學的董文博士后研究員，郭益平教授為論文的通訊作者，上海交通大學為第一單位完成。郭益平教授所帶領的智能與能源復合材料研究小組長期致力于鐵電/壓電功能復合材料，能源及催化材料的基礎和應用研究，研究工作得到了國家自然科學基金重點項目和面上項目（11474199和51332009）的資助。
來源：材料科學與工程公眾號、上海交大
展開 一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導熱系數低、剛性強等固有缺陷，嚴重制約了其進一步的實際應用。大多數PCMs都表現出脆性和易碎性。當用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現象會產生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產生不利影響。
柔性PCMs被認為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優異的形狀穩定性和柔韌性，但由于難以加入導熱填料，其導熱性仍然有限。因此，當PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導熱性的要求仍然具有挑戰性。
02
成果掠影
近期，西南交通大學王勇和祁曉東團隊針對開發用于電子器件熱管理的柔性導熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。BN網絡的垂直取向使PCM在BN負載為13.0 wt%時的通平面導熱系數提高到2.16 W/mK，與PDMS/PW相比，顯著提高了943%。通過觸發PW的熔融結晶轉變，pcm表現出可調諧的導熱性。原位x射線衍射表明，BN網絡重排發生在相變過程中。在實際工作芯片上和有限元仿真中，驗證了PCMs具有良好的熱管理能力。
展開 柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
因此，搭建包含纖維和流體的固液兩相流模型，對該過程進行仿真模擬，研究柔性纖維在漸縮流場中的運動規律，對理解纖維的取向機制、提高纖維制品性能具有指導意義。
2.1 柔性纖維模型
再生碳纖維的固液兩相流數值模擬中，為了在仿真模型中模擬柔性纖維、準確描述纖維在流場中的運動特性，本文基于 YAMAMOTO 等[14]開發的珠鏈模型(Bead-chain model)，采用離散元軟件 EDEM 將完整纖維離散化成相互連接的顆粒單元來建立柔性纖維模型。珠鏈模型將纖維離散成一串相互粘結的球體，球體之間的粘合強度由拉伸、彎曲和扭轉常數三個參數定義。通過改變上述三個參數的大小，可以改變球體之間的結合強度，使得每對球體都可以拉伸、彎曲和扭轉，從而改變纖維的柔韌性。
為了便于模型的分析與求解，本文計算和建模基于以下基本假設：① 柔性纖維懸浮在不可壓縮非牛頓流體中；② 流場為簡單剪切流場，且不受纖維運動的影響；③ 纖維直徑均勻、性能一致且在運動中不發生斷裂；④ 忽略纖維的扭轉和相互碰撞。
在珠鏈模型中，單根纖維被離散成 N 個半徑為a 的球體，這些球體排列成一束，并與每個相鄰的球體粘合在一起，組合成一個長度為 2aN、直徑為2a、長寬比為 N 的圓柱形桿。每一對粘合的球體可以通過改變它們的結合距離和結合角度來伸展和彎曲。
施加在一對相鄰的球體 i、j 上的拉伸力 s Fij 取決于兩球體中心的距離 r。如果兩球體從平衡距離被拉長，拉伸力會施加在每個球體上以恢復相鄰兩球體之間的平衡距離[14]
式中，E 是纖維彈性模量；rij 為球體 i 中心指向球體 j 中心的向量，r0 為球體之和球體于中心的初始距離；nij 是從球體 i 中心指向球體 j 中心的單位矢量。
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