Elastic Bending Modulus of Single-Layer Molybdenum Disulphide (MoS2): Finite Thickness Effect
从经验相互作用势出发，推导出单层MoS2（SLMoS2）的弹性弯曲模量的解析公式。通过使用这种方法，我们不需要定义或估计SLMoS2的厚度值，这是很重要的，因为在定义二维或纳米结构（如石墨烯和纳米管）的厚度值时存在很大争议。在SLMoS2中获得的9.61eV的弹性弯曲模量显著高于石墨烯中的1.4eV的弯曲模量，并且发现在使用薄壳理论获得的值与实验获得的SLMoS2的弹性常数的值的范围内。通过我们的解析表达式，与单层石墨烯相比，弯曲模量的这种增加归因于SLMoS2的有限厚度。具体地，虽然S原子的每个单层对弯曲模量贡献1.75eV，这类似于单层石墨烯的1.4eV弯曲模量，但平面外Mo和S原子之间的额外成对和角相互作用对SLMoS2的弯曲模量贡献5.84eV。
2013-08-13 cond-mat.mtrl-sci
In-plane force fields and elastic properties of graphene
利用第一性原理方法，推导出了适合于描述石墨烯片平面内运动的键拉伸和角弯曲力场。所得到的力场由解析非谐能势函数拟合，为分子力学模拟提供了有效的计算手段。采用分子动力学模拟和第一性原理方法，对石墨烯单层在不同载荷（如单轴拉伸、静水拉伸和剪切应力）下的力学行为进行了数值模拟。应力-应变曲线和弹性常数，如杨氏模量，泊松比，体积模量，剪切模量，计算。我们的结果进行了比较与相应的理论计算，以及与现有的实验估计。最后讨论了非谐性对石墨烯力学性能的影响。
2012-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Fracture strength and Young's modulus of ZnO nanowires
在拉伸和弯曲实验中测量了蓝宝石衬底上垂直生长的ZnO纳米线的断裂强度。纳米线的直径在60和310 nm之间，典型的长度为2 μ m，用安装在扫描电子显微镜内的纳米操纵器上的原子力显微镜尖端进行操作。在弯曲试验中测得的（7.7 ± 0.8）%的断裂应变接近于10%的理论极限，并显示出约两倍于拉伸试验的强度。从拉伸实验的杨氏模量可以被测量为在30%以内的散装ZnO，相反，在文献中发现的较低的值。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Stiffening graphene by controlled defect creation
石墨烯非凡的强度、刚度和轻质性使其在柔性电子产品和机械增强剂方面的应用产生了很大的期望。然而，晶格缺陷的存在下，不可避免地通过可扩展的路线获得的片材，可能会降低其机械性能。在这里，我们报告了一个系统的研究与控制缺陷密度的石墨烯的弹性模量和强度。与直觉相反，面内杨氏模量随着缺陷密度的增加而增加，几乎是空位含量约0.2%的初始值的两倍，使其成为有史以来报道的最硬的材料。对于较高的空位密度，弹性模量随缺陷夹杂而降低。杨氏模量的初始增加解释的弹性系数的依赖性与预测的2D膜的弯曲模式的动量。与此相反，根据标准断裂连续模型，断裂强度随缺陷密度而降低。这些在大气条件下测量的定量结构-性质关系具有基础和技术相关性，并为石墨烯力学代表颠覆性改进的应用提供指导。
2014-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Variation in electron work function with temperature and its effect on the Young's modulus of metals
金属的性质从根本上取决于其电子行为，这在很大程度上由电子功函数（$φ$）反映。最近的研究表明，金属材料的许多性能与$φ$直接相关，这可能为材料设计提供一个简单但基本的参数。由于材料的性能受温度的影响，在这篇文章中，提出了一个简单的模型来关联的功函数与温度，表示为$φ(T)=φ_{0} -γ\frac{(k_{B} T)^{2}}{φ_{0}} $，其中$γ$随晶体结构。这种$φ$ -T关系有助于在可行的电子基础上确定和理解金属性质对温度的依赖性。作为一个示例应用，所建立的关系被应用于确定金属的杨氏模量对温度的依赖性。所提出的关系与实验观察结果是一致的。
2015-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Young's modulus and thermal expansion of amorphous titania-doped tantala films
当前一代先进的引力波探测器利用二氧化钛掺杂的氧化钽/二氧化硅多层堆叠作为其镜面涂层。低折射率二氧化硅的性质是众所周知的，然而，在没有详细的直接测量，杨氏模量和热膨胀系数（CTE）的高折射率材料，二氧化钛掺杂的氧化钽的材料参数，已被假定为等于纯氧化钽涂层测量值。为了确定热噪声计算所需的真实值，我们已经进行了测量的杨氏模量和CTE通过使用纳米压痕和热弯曲测量。测量的目的是评估二氧化钛掺杂浓度和沉积后热处理对测量值的影响，以评估优化材料参数以进一步改善探测器热噪声的可能性。纯钽和25%和55%的二氧化钛掺杂的钽的杨氏模量测量显示了很宽的范围内的值，从132至177 GPa，取决于二氧化钛浓度和热处理。对于掺杂25%和55%二氧化钛的氧化钽，CTE测量值分别为（3.9 +/- 0.1）x 10 ^-6 K^-1和（4.9 +/- 0.3）x 10^-6 K^-1，与沉积后热处理无关。
2014-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Size, vacancy and temperature effects on Young's modulus of silicene nanoribbons
我们报告的杨氏模量（YM）的无缺陷和有缺陷的硅烯纳米带（SNRs）的长度和温度的函数的结果。在这项研究中，我们进行分子动力学模拟使用环境依赖的原子间相互作用势（EDIP）来描述硅原子的相互作用。我们发现，原始的和有缺陷的信噪比的杨氏模量的增加，在两个手性方向的带状长度。结果表明，有缺陷的SNR的杨氏模量表现出复杂的依赖于空位的组合。对于温度，我们发现YM的SNRs与空位缺陷和没有表现出非线性行为，它可以定制为一个给定的长度和手性。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of edge structures on elastic modulus and fracture of graphene nanoribbons under uniaxial tension
基于原子模拟，预测了单层石墨烯纳米带在准静态单轴拉伸下的非线性弹性性质，强调了边缘结构（扶手椅和锯齿形，无氢钝化和有氢钝化）的影响.原子模拟的结果解释热力学的理论框架内，这使得应变相关的边缘能量和氢吸附能的非线性函数的确定，锯齿形和扶手椅边缘。由于边缘效应的影响，石墨烯纳米带在无限小应变下的初始杨氏模量随边缘手性和带宽的变化而变化。此外，发现扶手椅型石墨烯纳米带的标称断裂应变比锯齿形带低得多。两种不同的断裂机制被确定，与锯齿形带和边缘控制的扶手椅带的非均质形核。氢钝化的边缘被发现有锯齿形石墨烯纳米带的机械性能的影响可以忽略不计，但其效果是更显着的扶手椅带。
2010-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On Mechanical Response of Macro- and Microfiller-Reinforced Polymer: Young Modulus and Shear Wave Velocity
我们最近研究了铁弹-介电型微复合材料的有效剪切模量和体积模量、有效泊松比和有效介电响应问题。最近，一位M。Hudak等对EVA材料的静态力学性能进行了理论和实验研究。我们将我们所提到的铁弹性-弹性体型微复合材料的力学响应的研究扩展到杨氏模量和剪切波速度的研究。
2017-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Young's Modulus and Corresponding Orientation in β-Ga2O3 Thin Films Resolved by Nanomechanical Resonators
我们报告的非破坏性测量薄膜单晶β-氧化镓（β-Ga 2 O3）的杨氏模量的纳米级的机械结构，通过测量其基模共振频率。从测量中，我们提取了低压化学气相沉积（LPCVD）合成的β-Ga 2 O 3纳米片在（100）平面上的杨氏模量EY，（100）= 261.4+/-20.6 GPa，以及在[010]方向上的杨氏模量EY，[010] = 245.8+/-9.2 GPa，用于从通过边缘限定膜馈送生长（EFG）方法生长的体β-Ga 2 O 3晶体机械切割的β-Ga 2 O 3纳米带。直接在纳米机械共振装置平台上提取的杨氏模量与来自第一原理计算的理论值和从大块晶体中实验提取的值相当。这项研究产生了重要的定量纳米力学性能的β-Ga 2 O3晶体，并有助于铺平道路β-Ga 2 O3微/纳机电系统（M/NEMS）和传感器的进一步工程。
2021-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity and Mechanical Properties of Nitrogenated Holey Graphene
氮化多孔石墨烯（NHG）是一种具有C2 N化学计量比的二维石墨烯衍生材料，其基底平面上均匀分布有空穴和氮原子。我们进行了第一性原理计算和分子动力学模拟，以研究在不同温度下的这种新型的二维材料的力学和热输运性能。基于密度泛函理论的第一性原理计算在0 K下产生400 +/- 5 GPa的弹性模量，比低温下分子动力学模拟预测的大10%。我们观察到随着温度的升高，弹性模量和拉伸强度总体呈下降趋势。在室温下，我们发现NHG可以呈现出335 +/-5GPa的显著弹性模量和60 GPa的拉伸强度。我们还通过非平衡分子动力学模拟研究了NHG的热导率。在300 K下，发现固有热导率为64.8 W/m-K，有效声子平均自由程为34.0 nm，两者均小于石墨烯的相应值，并随温度降低。我们基于模型的预测应该作为关于这种新材料物理特性的实验的指导。
2017-04-05 cond-mat.mtrl-sci
An analytic investigation for the edge effect on mechanical properties of graphene nanoribbons
我们推导出解析表达式的杨氏模量和泊松比的石墨烯nanorigins，其中自由边缘被扭曲的压缩边缘应力。我们的分析公式明确地说明了弯曲的自由边缘的杨氏模量的减少，导致明显的宽度依赖性的石墨烯纳米管的杨氏模量。泊松比也被弯曲的自由边缘减小，并且在具有超窄宽度的石墨烯纳米颗粒中可以实现负泊松比。这些结果与以前的理论工作是可比的。
2018-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-induced enhancement of thermal conductivity in graphene
结果表明，实验观察到的增加的杨氏模量在单层石墨烯与低密度的点缺陷导致显着增强的热导率在很宽的温度范围内，由于增加的纵向和横向的声子速度。
2016-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Wall "thickness" effects on Raman spectrum shift, thermal conductivity, and Young's modulus of single walled nanotubes
从理论上证明了在有限温度下，单壁碳纳米管的有效壁厚应为$W=W_s+W_d$，其中$W_s$为最外层电子轨道的扩展所定义的静态壁厚，$W_d$为由于原子热振动所引起的动态壁厚.分子模拟和理论分析均表明$W_d$与$\sqrt{T}$成正比。我们发现动态厚度随温度的增加是拉曼光谱移动的主要机制。动态厚度的引入改变了关于杨氏模量的一些结论，并降低了热导率的值。
2005-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silk reinforced with graphene or carbon nanotubes spun by spiders
在这里，我们报告了在用相应的水性分散体喷涂蜘蛛之后，直接通过蜘蛛纺丝生产包含石墨烯和碳纳米管的丝。我们观察到一个显着的增量的机械性能相对于原始丝，断裂强度，杨氏模量和韧性模量。我们测量的断裂强度高达5.4 GPa，杨氏模量高达47.8 GPa，韧性模量高达2.1 GPa，或1567 J/g，据我们所知，这是迄今为止报道的最高值，即使与目前最坚韧的打结纤维相比。这种方法可以扩展到其他动物和植物，并可能导致一类新的仿生材料的最终应用。
2015-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of various schemes to determine the Young's modulus of disordered carbon nanomembranes compared to crystalline graphene
本文以碳纳米膜为例比较三种确定杨氏模量的方法，指出经仔细调整的应力-应变模拟可给出与实验一致的正确结果，并给出可信模拟步骤。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Predicting Young's Modulus of Glasses with Sparse Datasets using Machine Learning
机器学习（ML）方法正在成为预测和设计新材料的流行工具。特别是，神经网络（NN）是一种很有前途的ML方法，可用于识别数据中隐藏的趋势。然而，这些方法依赖于大型数据集，并且在使用稀疏数据集时经常表现出过拟合。此外，评估新数据集或当前数据集外推的预测的不确定性具有挑战性。在此，使用高斯过程回归（GPR），我们预测具有稀疏数据集的硅酸盐玻璃的杨氏模量。我们表明，GPR显着优于NN的稀疏数据集，同时确保没有过拟合。此外，由于非参数的性质，GPR提供了定量界限的预测的可靠性，同时外推。总体而言，GPR提出了一种先进的ML方法，用于加速新型功能材料（如玻璃）的开发。
2019-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Low bending rigidity and large Young's modulus drive strong flexural phonon renormalization in two-dimensional monolayers
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
研究揭示了低弯曲刚度和高杨氏模量如何影响二维单层中弯曲声子的简正化，通过第一性原理计算展示了弯曲刚度对声子 dispersion 的影响，并提出杨氏模量与弯曲刚度的相互作用对稳定二维单层的重要性。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of indirect magnetoelectric effect in thin-film/substrate/piezoelectric-actuator heterostructure using polymer substrate
研究了磁致伸缩薄膜/衬底/压电致动器异质结构中的间接磁电效应。已经采用了两种不同的基板：柔性基板（杨氏模量为4GPa）和刚性基板（杨氏模量为180 GPa）。一个明确的优化的间接磁电耦合，研究了微带铁磁共振，已被强调时，使用的聚合物基板。然而，与刚性基板相比，柔性基板也导致先验的不期望的和巨大的单轴各向异性，这似乎与磁致伸缩膜内部的非等双轴残余应力有关。这种非等轴性的强振幅是由于聚合物和磁致伸缩膜之间的大杨氏模量失配，这导致在加工过程中沿着给定方向的轻微弯曲，从而导致大的磁致弹性各向异性。
2014-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Softening the ultra-stiff: controlled variation of Young's modulus in single crystal diamond
结合实验和数值研究的缺陷单晶金刚石的弹性性能的变化首次提出，通过比较纳米压痕测量的MeV离子注入样品的多尺度建模，包括从头算原子计算和介观尺度有限元方法（FEM）模拟。发现通过在2 × 10^18 - 5 × 10^21 cm-3密度范围内局部引入缺陷，可以在金刚石晶体结构中诱导密度的显著降低，而不会引起材料的石墨化。从头算原子模拟证实了实验结果具有良好的信心。进一步采用有限元模拟来验证测量的变形与刚度降低的一致性，并推导出注入区域中的应变和应力水平。结合这些实验和数值结果，我们还提供了深入的机制，负责金刚石石墨化阈值的深度依赖性。这项工作展望了通过缺陷工程实现单晶金刚石的机械性能的精确可调谐性的可能性，具有重要的技术应用，即金刚石基微机械谐振器的谐振频率的制造和控制。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Cross-linked Graphene-Epoxy Nanocomposites
采用分子动力学（MD）方法对石墨烯增强交联环氧树脂（Gr-Ep）纳米复合材料进行模拟研究。我们的目标是研究几何形状的影响，和浓度的增强纳米石墨烯片（NGS）上的界面性质和弹性常数，如体积杨氏模量，和剪切模量的Gr-Ep纳米复合材料。获得了最典型的交联构型，以便用于进一步的模拟。用分子动力学模拟方法对交联结构的力学性能进行了研究，并与文献结果进行了比较。为了构建Gr-Ep纳米复合材料的无定形晶胞，考虑了具有不同纵横比和浓度（1%、3%和5%）的石墨烯。Gr-Ep纳米复合材料系统在MD模拟期间经历NVT（恒定原子数、体积和温度）和NPT（恒定原子数、压力和温度）系综并施加均匀应变场以获得体弹性模量和剪切模量。还评估了单轴变形下Gr-Ep系统的非晶和结晶晶胞的应力-应变响应。测定了不同尺寸石墨烯的内聚力和拔出力与位移响应的关系。因此，作为这项工作的主要目标，使用MD模拟的参数研究进行表征界面性质和弹性常数与不同的NGS的纵横比和体积分数。MD模拟结果显示出合理的协议与文献中公布的数据。
2012-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Comment on "Pentadiamond: A Hard Carbon Allotrope of a Pentagonal Network of sp2 and sp3 atoms"
在最近的一封信中[1] Y。Fujii等人提出了一种新的碳同素异形体，并声称其极高的杨氏模量和剪切模量分别为1691和1113 GPa，超过金刚石的1.5倍和2倍！作者还声称这种碳改性的独特的负平均泊松比为-0.24，体积模量为381 GPa，声速记录值为28.7 km/s。在这里，我们通过两个独立的计算表明，这些值是作为误差的结果而获得的。新的假设的同素异形体实际上具有相当适度的弹性模量，对于具有类似密度的碳结构来说不显著：体积模量为250 GPa，剪切模量为170 GPa，杨氏模量为417 GPa，正泊松比为0.22。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties and mechanical stability of bilayer graphene: Molecular dynamics simulations
本文通过分子动力学模拟研究了双层石墨烯在宽温度范围内的弹性质和力学稳定性，发现其面内压缩模量随温度升高而降低但高于单层石墨烯，并揭示了系统尺寸对力学不稳定性及旋节压力的幂律影响。
2023-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Revisiting the buckling metrology method to determine the Young's modulus of 2D materials
测量二维材料的力学性能是一项艰巨的任务。虽然常规的电子和光学探测技术甚至适用于原子级薄的材料，但传统的机械测试不能直接应用。因此，需要开发新的机械测试技术。到目前为止，最普遍的方法需要微制造来创建自由悬浮的膜，使得它们的实施复杂且昂贵。在这里，我们重温一个简单而强大的技术来测量薄膜的机械性能。不需要制造自由悬挂结构的屈曲计量方法用于确定厚度范围为3至10层的几种过渡金属二硫属化物（MoS2、MoSe2、WS2和WSe2）的杨氏模量。我们严格比较所获得的杨氏模量和它们的不确定性的值，发现这种简单的技术提供的结果，这是在良好的协议与使用其他高度复杂的测试方法报告。通过比较文献中报道的不同方法所需的成本，复杂性和时间，屈曲计量方法具有一定的优势，使其成为一种有趣的2D材料力学测试工具。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain, Young's modulus, and structural transition of EuTiO3 thin films probed by micro-mechanical methods
本研究利用EuTiO3单晶外延薄膜制备悬浮微结构，测得其杨氏模量、应变等力学参数，研究了反铁畸变转变的非单调滞后力学响应，并分析了氧空位的影响。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing Intrinsic Elastic Properties of Multilayer Graphene -- a New Mechanical Constant
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Department of Physics, Pukyong National University（釜山国立大学物理系）；Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute for Basic Science（基础科学研究院复杂系统理论物理中心）
本文通过原位鼓胀试验和理论模型研究多层石墨烯的本征弹性特性，提出新的机械模量以更准确描述其机械行为。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the dynamic Young's modulus of quantum materials in piezoactuator-driven uniaxial pressure cells using a low-frequency a.c. method
本文提出一种在压电致动器驱动单轴压力池中测量量子材料动态杨氏模量的低频交流方法，通过施加交流应力并测量交流应变获取模量，在Sr$_2$RuO$_4$中验证了其有效性，并结合弹热测量有效检测材料弹性异常及有序相性质。
2024-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Mechanical properties of freely suspended semiconducting graphene-like layers based on MoS2
我们制作自由悬浮的二硫化钼纳米片，其特征在于通过定量光学显微镜和高分辨率摩擦力显微镜。我们使用原子力显微镜研究了自由悬浮的二硫化钼纳米片的弹性形变。纳米片的杨氏模量和初始预张力通过进行弯曲测试实验的纳米级版本来确定。MoS2片材显示出高弹性和极高的杨氏模量（0.30 TPa，比钢大50%）。这些结果使它们在需要柔性半导体材料的应用中成为石墨烯的潜在替代品。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Graphene (Graphitic) Nanowiggles
石墨烯纳米带（GNW）是通过在原始石墨烯纳米带中进行交替的规则切割而获得的基于石墨烯的纳米结构。GNW是最近合成的，并且已经证明它们通过改变它们的形状而表现出可调的电子和磁性。在这里，我们已经研究了大量的不同形状和大小的GNW的机械性能和断裂模式，使用完全原子反应分子动力学模拟。我们的研究结果表明，GNW的力学性能是强烈依赖于它的形状和大小，作为一个总的趋势，窄片有更大的极限强度和杨氏模量比宽的。根据GNW的形状，估计的杨氏模量值在~ 100-1000 GPa范围内，极限强度在~ 20-110 GPa范围内。此外，应变下的超韧性行为观察到的一些结构。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical Properties of Single-Layer Black Phosphorus
采用第一性原理计算研究了单层黑磷在单轴变形下的力学性能。杨氏模量和极限应变被发现是高度各向异性和非线性的准二维褶皱结构的结果。具体而言，面内杨氏模量在与褶皱垂直的方向上为44.0GPa，在平行方向上为92.7GPa。在垂直和平行方向上的极限应变分别为0.48和0.20。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning-based prediction of elastic properties of amorphous metal alloys
本研究基于大量非晶态金属合金数据，通过机器学习分析杨氏模量的相关特征，发现合金摩尔质量与组元数对弹性无显著影响，构建了关联杨氏模量与玻璃化转变温度、屈服应力的非线性回归模型，推广了已有经验公式。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependence of the Tensile Properties of Single Walled Carbon Nanotubes: O(N) Tight Binding MD Simulation
采用O（N）紧束缚分子动力学（TBMD）模拟方法研究了温度对20层（10，10）单壁碳纳米管（SWCNTs）在拉伸载荷下的结构稳定性和力学性能的影响.我们观察到（10，10）管在300 K下的拉伸应变为0.23，压缩应变为0.06时仍能保持其结构稳定性。在拉伸条件下，粘结断裂应变随温度的升高而减小，而在压缩条件下则不随温度的升高而减小。在300 K时，其弹性限度、杨氏模量、抗拉强度和泊松比分别为0.10、0.395 TPa、83.23 GPa和0.285。在300 ~ 900 K温度范围内，随着温度的升高，材料的弹性模量和抗拉强度逐渐减小，而泊松比逐渐增大。在较高的温度下，杨氏模量开始增加，而泊松比和拉伸强度下降。在1200 ~ 1800 K的温度范围内，单壁碳纳米管已经发生变形和软化。在这些变形和软化的SWCNT上施加应变不遵循与在300 K至900 K的温度范围内相同的模式。
2007-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Elastomer-based whispering gallery mode microlasers with low Young's modulus for biosensing applications
University of Cologne（科隆大学）
本文提出了一种基于弹性体的 whispering gallery 模式微激光器，用于生物传感，展示了其在检测微小生物力方面的应用潜力。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effect of local anisotropy on fatigue crack initiation in a coarse grained nickel-base superalloy
在目前的工作中，理论方法，基于晶粒取向相关的杨氏模量和施密德因子被用来描述局部晶粒取向的影响裂纹萌生行为的粗晶镍基高温合金René 80。特别是对于具有大晶粒尺寸的强各向异性晶体结构，例如所研究的材料，必须考虑局部弹性性质以评估疲劳裂纹萌生。通过对施密德定律的推广，可以根据局部杨氏模量和施密德因子计算引发局部循环塑性形变的剪应力幅值。用100，000个样本进行的蒙特卡罗模拟显示了随机晶粒取向如何影响这些参数。此外，杨氏模量和施密德因子（称为$E\cdot m$）的产品被用作一个参数，以确定如何晶粒取向影响所得的剪切应力振幅为给定的总应变振幅。除了使用这种方法的理论工作，该模型也验证了使用等温LCF实验，通过确定局部晶粒取向的影响，裂纹萌生位点，使用SEM-EBSD分析。
2018-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of solid material with various arrangements of spherical voids
在这项工作中，包含球形空隙的材料的线弹性性能的计算和比较，使用有限元模拟。重点是均匀的固体材料与球形，空的空隙大小相等。空隙排列在晶格（SC、BCC、FCC和HCP结构）上或随机排列，并且可以重叠以产生连接的空隙。以这种方式，涵盖了0.00和0.95之间的空隙率的整个范围，包括闭孔和开孔结构。对于每种空隙排列和不同的空隙率，计算全刚度张量。由此，杨氏模量和泊松比推导出不同的取向。特别注意评估和减少方法的数值不确定性。以这种方式，对不同的空隙结构进行可靠的定量比较。除此之外，这项工作表明，FCC在（1 1 1）平面中的杨氏模量不同于HCP在（0 0 0 1）平面中的杨氏模量，即使这些结构非常相似。对于给定的空隙率，SC根据方向提供最高和最低的杨氏模量。对于BCC在临界空隙率的弹性行为的开关被发现，至于在其中的杨氏模量是最大化的方向。对于某些晶体空隙的安排和某些方向的泊松比0和1之间，发现，包括值超过各向同性材料的界限。对于随后的调查，完整的刚度张量的范围内的空隙安排和空隙率提供的补充材料。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Determination of Young's modulus of active pharmaceutical ingredients by relaxation dynamics at elevated pressures
从理论上提出了一种新的方法来研究药物活性成分的玻璃化转变和玻璃化各向异性分子液体在高压下。我们将非晶材料描述为硬球的流体。最近邻的相互作用和合作运动的粒子对玻璃态动力学的影响进行量化，通过一个本地和集体的弹性势垒计算使用Elementary集体非线性Langevin方程理论。在Kramer理论中插入两个势垒，得到结构弛豫时间。然后，我们制定了一个新的映射的基础上的热膨胀过程中的压力相互关联的粒子密度，温度和压力。这种分析使我们能够确定α弛豫的压力和温度依赖性。由此，我们估计一个有效的弹性模量的非晶材料和捕获构象的松弛过程中的影响。值得注意的是，我们的理论结果与实验吻合得很好。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
On Stress-Strain Responses and Young's Moduli of Single Alkane Molecules, A Molecular Mechanics Study Using the Modified Embedded-Atom Method
在这项工作中，分子力学模拟使用改进的嵌入原子方法（MEAM）的潜力，以产生一系列的正烷烃分子从乙烷（C $_2$ H $_6$）十一烷（n-C $_{11}$ H $_{24}$）在拉伸变形到键断裂点的应力-应变响应。结果进一步推广到一个单一的聚乙烯（PE）链。力、真实柯西应力、真实维里应力和杨氏模量被计算为所有分子的真实应变的函数。在计算单个分子的应力时，基于三种不同的度量建议了三种方法（在本工作中指定为M1、M2和M3）来量化变形期间的瞬时分子横截面积和体积。这些方法的预测相比，理论，第一原理，和实验数据。M1给出了真正的柯西应力和真正的维里应力结果，它们基本上是等效的，这表明它是计算烷烃分子应力的更好方法，因此，PE单链。使用M1、M2和M3的单个PE链的平均弹性模量的MEAM预测分别为401 GPa、172 GPa和147 GPa。虽然这些结果是不同的，但M1给出的模量值与PE的-CH $_2$ CH $_2$ -重复单元在0 K下的从头计算值405 GPa惊人地接近。为了进一步测试MEAM势，计算正交PE晶胞的杨氏模量（C $_{33}$弹性常数），但是其值（184 GPa）比DFT计算值316 GPa低估42%。
2016-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Elastic and non-linear stiffness of graphene: a simple approach
关于石墨烯的杨氏模量和三阶弹性刚度的最近实验[Science \textbf{321}，385（2008）]以非常简单的方法很好地解释，其中石墨烯由简化系统描述，并且非线性相互作用的力常数由Tersoff-Brenner势估计。
2010-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tungsten material properties at high temperature and high stress
最近报道的结果钨样品在高温和高应力条件下的长寿命预期在中微子工厂的目标加强了一个坚实的目标选项中微子工厂的情况。为了更详细地研究钨的基本材料性质的行为，开发了一种新的方法来测量钨在高应力、高应变率（> 1000 s^-1）和非常高的温度（高达2650 C）下的杨氏模量。该方法是基于测量的表面运动的钨丝，强调由脉冲电流，使用激光多普勒测振仪。已被用来直接获得作为施加的应力和温度的函数的钨杨氏模量的线的膨胀和收缩下的热负荷的测量的特征频率。实验结果与模拟结果进行了比较，我们发现它们吻合得很好。从钨作为高功率靶材的未来用途的观点来看，本研究最重要的结果是钨的杨氏模量在高温、高应力和高应变率下仍然很高。
2011-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Young's and shear moduli and Poisson's ratio for elastic media of high and middle symmetry
使用基地的第四阶张量基地的完全Voigt的对称性阐述了沃尔波尔，我们得到的表达式的逆杨氏模量E，逆剪切模量G和泊松比，这取决于组件的刚度张量S，方向余弦的矢量n的单轴载荷和矢量m的横向应变晶体对称轴。晶体介质的高和中等对称性被认为是。这种表示将上述弹性特性分解为各向同性和各向异性部分。泊松系数的表达式非常适合于研究拉胀性的性质。
2006-07-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Elasticity, Flexibility and Ideal Strength of Borophenes
本文采用第一性原理计算研究了二维硼分子的力学性质。最近合成的硼氢化物与1/6浓度的空心六边形（HH）被证明具有面内模量C高达210 N/m和弯曲刚度低至D = 0.39 eV。因此，其单位面积的Foppl-von Karman数（定义为C/D）达到568 nm-2，比石墨烯的值高两倍以上，使硼氢化物成为最灵活的材料之一。然而，硼氢化物具有346 m2/s2的比模量和16 N/m的理想强度，与石墨烯的比模量（453 m2/s2和34 N/m）相媲美。特别是，其结构的流动性，使离域多中心化学键有利于结构相变下的张力，这导致在非常小的断裂应变，但高韧性的断裂行为。这些机械性质可以通过改变HH浓度来进一步定制，并且不含HH的硼片甚至可以比石墨烯更硬以抵抗张力。硼片具有创纪录的高柔性和优异的弹性，可用于设计复合材料和柔性系统。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
A Review on Flexural Mode of Graphene: Lattice Dynamics, Thermal Conduction, Thermal Expansion, Elasticity, and Nanomechanical Resonance
单层石墨烯是如此柔性，以至于其弯曲模式（也称为ZA模式、弯曲模式或平面外横向声学模式）对于其热和机械性质是重要的。因此，本文重点探讨石墨烯的弯曲模式与热性能和力学性能之间的关系。我们首先调查的晶格动力学性质的弯曲模式，刚性平移和旋转不变性起着至关重要的作用。在此之后，我们概述了弯曲模式在石墨烯的四种不同物理性质或现象中的贡献-其热导率，热膨胀，杨氏模量和纳米机械共振。我们解释了石墨烯优异的热导率主要是由于其在室温下的三种声学声子模式，包括弯曲模式。它的热膨胀系数在很宽的温度范围内是负的，这是由弯曲模式的特定振动形态造成的。然后，我们描述了如何可以提取石墨烯的杨氏模量从其热波动，这是占主导地位的弯曲模式。最后，我们讨论了弯曲模式对石墨烯纳米机械谐振器的影响，同时也讨论了如何提高谐振器的基本特性，包括质量灵敏度和品质因数。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of cellular polypropylene films: Finite element simulations and their comparison with experiments
用有限元法模拟了二维桁架结构的杨氏模量。提出了系统有效杨氏模量的幂律表达式。所得数值结果与{ \em各向异性聚丙烯多孔薄膜}的实验数据进行了比较。在高固体体积分数（$>0.4$）下，泡孔的平均形状是侧向的，并且它们的尺寸具有大约1：5的比率。随着膨胀程度的增加，样品中固体的体积分数逐渐降低，平均形状接近于1：2的类金刚石结构。此外，系统的有效杨氏模量增加。通过对实验数据和数值模拟结果的分析，可以同时获得有价值的结构信息，其中考虑了材料的微观结构信息。
2004-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Single- and multi-walled carbon nanotubes viewed as elastic tubes with Young's moduli dependent on layer number
在连续介质极限下，基于Bisksky { \it et al.}提出的局域密度近似模型，推导出了单壁碳纳米管（SWNT）形变的完整能量表达式。\lbrack Nature（London）{ \bf 355}，333（1992）\rbrack，并显示满足于经典壳理论，通过该壳理论，SWNT的杨氏模量、泊松比和有效壁厚分别以$Y=4.70$ TPa、$ν=0.34$、$h=0.75{\rm Å}$获得。研究了多壁碳纳米管（MWNT）的弹性，发现MWNT的层间距$d=3.4 {\rm Å}$和杨氏模量的上述SWNT的组合是层数$N$的表观函数，对于N=1至$\infty$，从4.70 TPa至1.04 TPa变化。
2002-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant strain gradient elasticity in SrTiO3 membranes: bending versus stretching
杨氏模量决定了弹性拉伸材料所需的机械载荷，也决定了弯曲材料所需的载荷，因为弯曲会拉伸一个表面，同时压缩另一个表面。挠曲电材料具有在弯曲时变成电极化的附加性质。虽然许多研究已经表征了这种挠曲电耦合，但由于弯曲时极化的能量成本，其对机械响应的影响在很大程度上未被探索。应变梯度弹性的这一有趣的贡献，预计将成为可见的应变梯度几何增强，特别是在高介电常数绝缘体在小的长度尺度。在这里，我们提出了纳米机械测量自由悬浮SrTiO 3膜鼓膜。我们观察到一个惊人的非单调的厚度依赖性的杨氏模量小挠度。此外，对于薄于20 nm的膜，从主要弯曲变形推断的模量是主要拉伸变形的模量的三倍。在这个区域中，我们提取了一个巨大的应变梯度弹性耦合~2.2e-6 N，它可以用于新的操作制度的纳米机电。
2020-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Scale Insights Into The Mechanical Characteristics of Monolayer 1T-Titanium Disulphide: A Molecular Dynamics Study
在这项工作中，我们报告的力学响应和断裂行为的原始和有缺陷的单层1 T-二硫化钛使用经典的分子动力学模拟。研究了温度、应变速率和缺陷率对该合金扶手椅形和锯齿形单向拉伸性能的影响。我们发现，单层TiS 2显示各向同性的单轴拉伸性能，但破坏应变是在锯齿形方向大于扶手椅方向。我们还观察到的极限拉伸强度，破坏应变和杨氏模量与温度和缺陷率呈负相关。结果表明，应变速率对单层TiS 2的弹性模量没有影响，但较高的应变速率导致较高的极限拉伸强度和破坏应变。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Dependency of the Young's modulus to plastic strain in DP steels: a consequence of heterogeneity ?
双相钢回弹的准确预测一直是一个重大的挑战。结果表明，这是由于缺乏了解他们的非线性卸载行为，特别是他们的卸载模量的塑性预应变的依赖性。一个所谓的分区有限元模型的开发。在这个模型中，每个单元被分配一个唯一的线弹性J2塑性行为没有硬化。该模型的特殊性在于：（i）统计分布以确定性的方式离散化，并用于将屈服应力分配给称为隔室的结构;（ii）这些隔室通过随机隔室元素映射（CEM）与元素随机关联。并行模拟多个CEM以研究模型的内在随机性。该模型面临着从文献中提取的实验数据，它表明，该模型能够再现的拉伸预应变的表观模量的依赖性。还观察到，即使表观模量不是用于识别模型输入参数的实验数据集的显式输入，也可以预测表观模量的演变。由此推断，硬化的形状和模量对预应变的依赖性是单一原因的两种表现：DP钢中的非均匀屈服应力。
2020-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical properties of nanosheets and nanotubes investigated using a new geometry independent volume definition
随着材料尺寸接近原子尺度，横截面积和体积变得难以定义。这限制了宏观概念如杨氏模量的可转移性。我们提出了一个新的体积定义，其中封闭的纳米片或纳米管的平均电子密度匹配的父分层散装材料。我们计算了各种纳米片（包括石墨烯，BN和MoS2）和纳米管的杨氏模量。这种新的体积定义，如费米能级依赖的杨氏模量和面外泊松比的进一步影响。
2013-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Compressive mechanical response of graphene foams and their thermal resistance with copper interfaces
本文报道了用化学气相沉积（CVD）法制备的石墨烯泡沫（GFs）的压缩力学响应和铜（Cu）与GFs之间的热阻（$R_{TIM}$）。我们观察到GF的杨氏模量（$E_{GF}$）和压缩强度（$σ_{GF}$）与GF的密度（$ρ_{GF}$）呈幂律关系。压缩过程中所有GF的最大吸收能量效率（$η_{max}$）大于~0.39。我们还发现，具有较高$ρ_{GF}$的GF显示较大的$η_{max}$。此外，我们观察到，当$ρ_{GF}$从4.7增加到31.9 $mg/cm^3$时，在室温下施加0.25 MP接触压力的Cu/GF的测量$R_{TIM}$从~50增加到~90 $mm^2K/W$。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of Janus transition metal dichalcogenide nanotubes from first principles
采用第一性原理Kohn-Sham密度泛函理论计算了Janus过渡金属二硫属化物（TMD）纳米管的弹性性质。具体而言，我们进行电子结构模拟，利用循环和螺旋对称性的系统中计算的杨氏模量，泊松比，和扭转模量为27选择扶手椅和锯齿形Janus TMD纳米管在其平衡直径。我们发现，在模量值的以下趋势：MSSe > MSTe > MSeTe，而它们的各向异性相对于扶手椅和锯齿形配置有以下顺序：MSTe > MSeTe > MSSe。通过使用各向同性弹性连续体模型从扭转模量计算剪切模量，并将其与从各向同性关系预测的值进行比较，确认不同组之间的各向异性及其排序。我们还开发了一个模型的Janus TMD纳米管的杨氏模量和扭转模量的线性回归的基础上。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
In-situ observation of elastic instability of stress-induced B19$^\prime$ martensite in thin NiTi wires
本研究采用激光超声法原位观测细NiTi丝应力诱导B19$^\prime$马氏体的弹性演化，揭示其形状设定过程中的软化规律，并验证拉伸与扭转诱导马氏体的形状设定温度区间一致。
2025-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the deformation behavior of an Nb nanowire embedded in a NiTi shape memory alloy
采用分子动力学模拟研究了预应变和温度对铌纳米线嵌入镍钛记忆合金（SMA）中所表现出的优异性能的影响。为此，我们发展了一种新的基于二次近邻修正嵌入原子方法（2NN MEAM）的Nb-Ni-Ti三元原子间相互作用势。揭示了准线性弹性、细长滞后和杨氏模量降低的独特现象的起源。结果证明了塑性形变在嵌入的Nb纳米线中的重要性，并揭示了变形如何促进刚刚提到的前所未有的现象。提出了一种简单而直接获得的描述符，用于关联和监测预应变过程中的杨氏模量演变。此外，我们的模拟表明，通过适当的预应变，可以获得所需的杨氏模量的应用温度范围很广。
2022-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Designing Composites with Target Effective Young's Modulus using Reinforcement Learning
Boston University（波士顿大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
增材制造的进步已经实现了以前无法实现的材料和结构的设计和制造。特别是，复合材料和结构的设计空间已经大大扩展，并且由此产生的尺寸和复杂性挑战了传统的设计方法，例如蛮力探索和一次一个因素（OFAT）探索，以找到最佳或定制的设计。为了应对这一挑战，监督机器学习方法已经出现，使用策划的训练数据对设计空间进行建模;然而，训练数据的选择通常由用户决定。在这项工作中，我们开发并利用了一个基于强化学习（RL）的框架来设计复合材料结构，从而避免了对用户选择的训练数据的需求。对于一个5 $\times$ 5复合材料的设计空间组成的软和顺应性块的组成材料，我们发现，使用这种方法，该模型可以使用2.78%的总设计空间组成的$2^{25}$设计的可能性进行训练。此外，开发的基于RL的框架能够以超过90%的成功率找到设计。这种方法的成功激励未来的学习框架利用RL来设计复合材料和其他材料系统。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci cs.GR cs.LG
Thermal (in)stability of type I collagen fibrils
我们在20 - 100 ^{ \circ } $C for a collagen fibril taken from rat's tendon. The hydration change under heating and the damping decrement were measured as well. At physiological temperatures $ 25-45^{ \circ} $C Young's modulus decreases, which can be interpreted as instability of collagen. For temperatures between $ 45-80^{ \circ} $C Young's modulus first stabilizes and then increases with decreasing the temperature. The hydrated water content and the damping decrement have strong maxima in the interval $ 70-80^{\circ} $C indicating on complex inter-molecular structural changes in the fibril. All …
2008-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
