Intrinsic Correlation between Hardness and Elasticity in Polycrystalline Materials and Bulk Metallic Glasses
虽然被广泛研究，硬度，定义为材料变形的阻力，仍然是一个具有挑战性的问题，由于其固有的机械复杂性的正式理论描述。广泛应用的硬度和剪切模量之间的Teter经验关系已被认为是不总是有效的各种材料。在这里，受Pugh模量比的经典工作的启发，我们开发了一个理论模型，该模型建立了广泛的一类材料，包括大块金属玻璃的硬度和弹性之间的鲁棒相关性，结果与实验非常吻合。我们的模型的简化形式也提供了一个明确的理论证据泰特的经验相关性。
2011-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Relationship between the shear modulus and volume relaxation in high-entropy metallic glasses: experiment and physical origin
针对两种高熵金属玻璃，实验测量剪切模量与相对体积随温度的弛豫，并用间隙子理论揭示间隙型缺陷主导其物理起源。
2024-08-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Size-Sensitive Young's modulus of Kinked Silicon Nanowires
我们采用经典的分子动力学模拟和梁模型计算来研究弯折硅纳米线的杨氏模量。杨氏模量被发现是高度敏感的扭结的臂长，基本上是成反比的臂长。潜在的大小依赖性的机制被发现是扭结角电位和臂长电位之间的相互作用，在那里我们得到的杨氏模量和臂长的KSiNW之间的解析关系。我们的研究结果提供了深入了解这种新的构建块在纳米机械设备中的应用。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of molar volume on the interaction between mobile ions in mixed alkali oxyfluoro vanadate glasses: An Electrical modulus analysis
对以锂和铷为碱金属元素的混合碱金属钒酸盐玻璃样品在140 ℃ ~ 300 ℃温度范围和100 Hz ~ 10 MHz频率范围内的电导率数据进行了电模量分析。利用Kohlrausch-Williams-Watts（KWW）方程对数据进行了分析，该方程描述了移动物种的弛豫行为。我们使用Bergman方程（R. Bergman，J. Apl. Phys.88（2000）1356.）用于拟合电模量的虚部。由此拟合得到的拉伸参数β随碱含量呈非线性变化，这是由于混合碱效应的影响。根据碱离子距离和摩尔体积分析了β随碱元素浓度的变化。结果发现，移动离子之间的耦合是更好地在50摩尔百分比的碱混合物相比，单一的碱浓度。观察到，在所有铷玻璃的情况下离子之间的耦合比所有锂或锂-铷混合物的情况弱，即使碱浓度在较高（30摩尔百分比）侧。从快速和缓慢类型的松弛机制的贡献进行了测定。它再次表明，在低浓度的铷离子，碱金属离子之间存在着良好的耦合，并有助于宏观弛豫时间负责的拉伸，而在高浓度的铷离子的弛豫位点去耦和松弛与微观弛豫时间。相对于频率的模量谱的标度表明，拉伸参数β是稍微依赖于温度。
2018-05-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the Young's modulus of Si <001> nanowires
我们报告的第一性原理密度泛函理论计算的结果的杨氏模量和其他力学性质的氢钝化的硅<001>纳米线。纳米线被认为主要具有{100}表面，具有小的{110}面。的杨氏模量，平衡长度和残余应力的一系列棱柱形电线被发现有一个尺寸依赖性，规模像表面积体积比，但所有最小的电线。我们分析了尺寸依赖性的物理起源，并将结果与两个现有的模型进行了比较。
2006-11-03 cond-mat.mtrl-sci
The yielding transition in periodically sheared binary glasses at finite temperature
采用非平衡分子动力学模拟研究了通过瞬时淬火制备的三维二元玻璃在玻璃转变过程中的动力学行为。我们发现，随着应变振幅增加到一个临界值，势能接近较低的最小值在稳态下，而剪切应力振荡的振幅变得更大。下面的屈服过渡，储能模量占主导地位的机械响应，并在连续的周期的势能的逐渐衰减是伴随着大的非仿射位移的瞬态原子簇的大小减少。相比之下，在屈服应变以上，损耗模量增加，并且由于在多个瞬态循环之后形成跨越系统的剪切带，系统稳定在较高水平的势能。
2018-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Young's modulus of Graphene: a molecular dynamics study
通过分子动力学“观察到”的石墨烯中的固有热振动来研究石墨烯的杨氏模量，并且结果与最近的实验相当一致[Science \textbf{321}，385（2008）]。该方法进一步应用于石墨烯的杨氏模量：1。随着尺寸的增加而增加，并且在尺寸的阈值之后达到饱和; 2.在[100，500]K范围内，随着温度的升高，温度梯度从0.95 TPa增加到1.1 TPa; 3.在低无序区（$< 5%$）对同位素无序不敏感，进一步增加无序百分比后逐渐降低。
2009-09-03 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
Prediction of Silicate Glasses' Stiffness by High-Throughput Molecular Dynamics Simulations and Machine Learning
通过机器学习开发预测材料性能的模型通常需要使用大量一致的数据进行训练。然而，高质量的实验数据集并不总是可用或自洽的。在这里，作为一种替代途径，我们将机器学习与高通量分子动力学模拟相结合，以预测硅酸盐玻璃的杨氏模量。我们证明，这种结合的方法提供了很好的预测在整个组成域。通过比较选择机器学习算法的性能，我们讨论了机器学习中准确性，简单性和可解释性之间平衡的本质。
2019-01-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
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
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
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
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
Deep Learning Aided Rational Design of Oxide Glasses
尽管氧化物玻璃的广泛使用已经有几千年的历史，但这些材料中的成分-性质关系仍然知之甚少。虽然经验和基于物理的模型已被用于预测性质，但这些仍然限于少数选择的组合物或一系列玻璃。设计新的玻璃需要事先了解玻璃的组成如何决定其性能，如刚度，密度或加工性能。因此，由于缺乏通用的组成性质模型，用于目标应用的玻璃的加速设计仍然受到阻碍。在这里，我们使用深度学习，提出了一种合理设计氧化物玻璃的方法。利用包含多达37种氧化物成分和超过100，000种玻璃成分的大型玻璃数据集，我们开发了高保真深度神经网络，用于预测能够设计玻璃的八种属性，即密度，杨氏模量，剪切模量，硬度，玻璃化转变温度，热膨胀系数，液相线温度和折射率。这些模型是迄今为止开发的最广泛的模型，因为它们涵盖了整个人造玻璃成分范围。我们证明，在这里开发的模型表现出良好的可预测性，确保与实验观察密切一致。利用这些模型，我们开发了一系列新的设计图表，称为玻璃选择图表。这些图表通过识别同时满足两种或更多种组成和性能约束的独特组成，能够为目标应用合理设计功能玻璃。本文提出的通用设计方法可以催化机器学习辅助材料设计和发现，用于包括金属，陶瓷和蛋白质在内的一大类材料。
2019-12-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
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
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
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
Scalable Gaussian Processes for Predicting the Properties of Inorganic Glasses with Large Datasets
高斯过程回归（GPR）是一种有用的技术来预测玻璃中的组成-性质关系，因为该方法固有地提供预测的标准偏差。然而，由于与之相关的大量计算成本，该技术仍然局限于小数据集。在这里，使用可扩展的GPR算法，即可扩展结构高斯过程的核插值（KISS-GP）以及大规模可扩展GP（MSGP），我们基于具有超过100，000个玻璃组成，37个组分，以及九个重要性质，即密度、杨氏模量、剪切模量和体积模量、热膨胀系数、维氏硬度、折射率、玻璃化转变温度和液相线温度。最后，为了加速玻璃设计，这里开发的模型作为包的一部分公开共享，即Python for Glass Genomics（PyGGi）。
2020-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.data-an
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
Prediction of Glass Elasticity from Free Energy Density of Topological Constraints
尽管现代材料的弹性性质至关重要，但没有一个单一的模型可以预测工业玻璃设计所需的准确度。为了解决这个问题，我们提出了一种方法来计算弹性模量的基础上自由能量密度的拓扑约束的玻璃形成网络。我们的方法显示了定量准确的协议与玻璃在各种组成的家庭。此外，使用温度相关约束理论，模量的温度依赖性也可以预测。我们的方法是通用的，理论上可以应用于任何网络玻璃。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
Emergence of rigidity at the structural glass transition: a first principle computation
我们从基于克隆液体理论的第一性原理方法计算结构玻璃的剪切模量。我们发现，状态内的剪切模量，这对应于在线性粘弹性测量测量的平台模量，强烈地依赖于温度和消失时，温度增加超过玻璃化温度连续。
2012-01-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Accelerating inverse crystal structure prediction by machine learning: a case study of carbon allotropes
在结构预测方法的基础上，采用机器学习方法代替密度泛函理论（DFT）方法预测材料性能，从而加快材料搜索过程。本文利用萨马拉碳同素异形体数据库中的碳结构数据，通过高通量计算建立了一个碳材料数据集。然后，我们训练了一个ML模型，该模型专门预测弹性模量（体积模量、剪切模量和杨氏模量），并证实在预测碳同素异形体的弹性模量方面，其准确性优于AFLOW-ML。我们进一步将我们的ML模型与CALYPSO代码相结合，以寻找具有高杨氏模量的新碳结构。首次发现了一种新的碳同素异形体，命名为Cmcm-C24，其硬度大于80 GPa。Cmcm-C24相被鉴定为具有直接带隙的半导体。系统地研究了这种新型碳同素异形体的结构稳定性、弹性模量和电子性质，所获得的结果证明了ML方法加速材料搜索过程的可行性。
2020-07-15 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
Vibrational density of states and specific heat in glasses from random matrix theory
玻璃的低温性能与结晶物质存在重要差异。特别是，像德拜模型这样的模型，假设存在一个基本的规则晶格，预测固体的比热在低温下随温度的立方而变化。至少自20世纪70年代以来，一个公认的实验事实是，玻璃的比热在$T$中在$T \sim 1K$处恰好是线性的，并且当用$T^{3}$归一化时呈现出明显的峰，称为玻色子峰。在这里，我们提出了一种新的方法，这表明振动光谱的随机矩阵部分的影响的非晶态固体的振动和热性质。该模型也能够再现，第一次，实验观察到的玻色子峰之间的反比在比热和剪切模量。
2023-01-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
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
Machine learning unveils composition-property relationships in chalcogenide glasses
由于其独特的光学和电子功能，硫族化物玻璃是许多微电子和光子器件的首选材料。然而，为了扩展成分和应用范围，需要深入了解成分-性质关系。为此，我们从SciGlass数据库中收集了大量关于玻璃化转变温度（$T_g$）、杨氏模量（$E$）、热膨胀系数（CTE）和折射率（$n_D$）的硫族化物玻璃的组成-性质数据。有了这些数据，我们使用三种机器学习算法来归纳预测模型：随机森林，K-最近邻以及分类和回归树。最后，通过计算化学特征的SHAP（SHapley Additive Explanations）值来解释诱导模型，该值揭示了显著影响测试性能的关键因素并量化了其影响。例如，Ge和Ga增加了$T_g$和$E$并降低了CTE（取决于键强度的三种性质），而Se具有相反的效果。Te、As、Tl和Sb增加了$n_D$（这在很大程度上取决于极化率），而S、Ge和P则减少了$n_D$。了解每种元素对玻璃性能的影响对于半经验成分开发试验或模拟驱动的配方是非常宝贵的。诱导模型可以用来设计新的硫系玻璃所需的性能组合。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
Elastic properties of highly anisotropic thin poly(propylene) foams
本文报道了高度各向异性聚丙烯微孔膜的弹性性能。与文献中的其他泡沫相比，该材料显示出独特的弹性特性。数据显示为相对杨氏模量$E^*/E_s$对相对密度$ρ^*/ρ_s$。几乎所有来自文献的数据都位于具有$1\le n\le6$的区域$E^*/E_s=(ρ^*/ρ_s)^n$上。另一方面，引入的材料在高相对密度下具有较低的相对杨氏模量，$n\ge6$。
2004-11-22 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
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
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
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
Shear band healing in amorphous materials by small-amplitude oscillatory shear deformation
采用分子动力学模拟研究了小振幅周期性剪切对二元玻璃中剪切带退火的影响。剪切带首先通过大振幅周期性剪切引入稳定的玻璃中，然后非晶样品在低于屈服应变的应变振幅下在数千个周期期间经受重复加载。结果发现，随着应变振幅的增加，玻璃被重新定位到更深的势能水平，而退火后的能量变化不受玻璃初始稳定性的影响。力学性能测试结果表明，剪切模量和屈服应力在前几百次循环中均向平台水平增加，且在接近屈服应变的应变幅下加载时，剪切模量和屈服应力的增加幅度最大。非仿射位移的分析表明，剪切带分裂成孤立的集群，随着时间的推移逐渐衰减，导致几乎可逆的变形范围内的弹性。这些结果可能对金属玻璃的机械加工和增材制造有用。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
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
A molecular perspective on the yield and flow of polymer glasses: The role of enhanced segmental dynamics during active deformation
University of Wisconsin – Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本章从分子视角探讨聚合物玻璃力学响应，关注主动变形中链段动力学变化对力学性能的影响，为理解其变形特征提供了依据。
2026-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Predicting and interpreting oxide glass properties by machine learning using large datasets
随着强大的计算机模拟技术的出现，是时候从广泛使用的知识指导的经验方法转向数据科学驱动的方法，主要是机器学习算法。我们研究了三种机器学习算法对六种不同玻璃性质的预测性能。为此，我们使用了约150，000个氧化物玻璃的广泛数据集，这些数据集针对所研究的每个属性被分割成较小的数据集。使用决策树归纳，k-近邻，随机森林算法，从以前的研究中选择的六个算法，我们诱导预测模型的玻璃化转变温度，液相线温度，弹性模量，热膨胀系数，折射率，阿贝数。此外，每个模型都是由默认和调整的超参数值诱导的。我们证明，除了弹性模量（具有最小的训练数据集），其他五个属性的诱导预测模型产生了与通常的数据传播相当的不确定性。然而，对于具有极低或极高的这些性质的值的玻璃，预测不确定性显著更高。最后，正如预期的那样，含有在训练集中表现不佳的化学元素的玻璃产生了更高的预测误差。这里开发的方法引起了人们对机器学习算法的成功和可能陷阱的关注。对SHAP值的分析表明了增加或减少建模属性值的关键元素。它还估计了最大可能的增加或减少。通过这种分析获得的见解可以帮助经验成分调整和计算机辅助玻璃配方的逆向设计。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical properties of freely suspended atomically thin dielectric layers of mica
本文研究了自由悬浮的白云母原子级薄片的弹性形变。使用原子力显微镜，我们进行了弯曲测试实验，以确定杨氏模量和初始预张力的云母纳米片的厚度范围从14层到只有一个双层。我们发现，它们的杨氏模量是高的（190 GPa），与体值一致，这表明用于制造这些纳米层的剥离程序不会引入明显的缺陷量。此外，云母显示出低预应变，可以承受高达几十纳米的可逆变形而不会断裂。在这些云母层中发现的低预张力和高杨氏模量和断裂力证明了它们在需要柔性绝缘材料的应用中作为石墨烯的补充或作为纳米复合材料中的增强的前景。
2012-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
