现代力学丛书：表面与界面物理力学

图书标准信息

• 作者 赵亚溥 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2012-10
• 版次 1
• ISBN 9787030357861
• 定价 138.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 608页
• 字数 740千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

　　《现代力学丛书：表面与界面物理力学》主要是从“固-气”“固-液”“固-固”等界面的原子、分子结构的微观物理和化学的性质出发，以分子间力为基础，预见其对纳微米结构和系统的力学性能的影响，以及所引起的接触、黏附、界面强度、摩擦润滑等问题。
　　《现代力学丛书：表面与界面物理力学》由3篇、16章和7个附录组成。上篇讨论表面与界面物理力学的基础知识。中篇讨论移动接触线问题、分离压力、前驱膜、受限液体与纳流动的界面滑移、内角润湿、液滴蒸发等。下篇讨论表面和界面演化动力学，介绍表面与界面扩散与演化动力学、相场动力学方法在表面与界面物理力学中的应用。

【作者简介】

　　赵亚溥，1963年出生。1994年于北京大学力学系获博士学位，1998年于中国科学院力学研究所晋升研究员。2000年9月至2006年1月担任非线性力学国家重点实验室主任。“国家杰出青年科学基金”获得者，中国科学院“百人计划”入选者。入选由人事部等七部委批准的“首批新世纪百千万人才工程国家人选”。
　　主要研究领域为微纳米力学、物理力学、冲击动力学。在冲击动力学方面，于1998年提出了冲击载荷下结构塑性动力响应的无量纲数－“响应数－Rn”，多次被国外学者称为“Zhaodimensionlessnumber”(IJIE，2004等)。该无量纲数被我国海军研究人员用于爆炸载荷下舰艇的破坏响应。
　　近十余年，赵亚溥研究员潜心于表面和界面物理力学领域，在MEMS/NEMS中的分子间力在黏附、吸合，残余应力，微生化传感器的制备和表面应力起源，弹性模量尺度效应，电润湿等在实验、理论模型、MD和第1原理模拟方面取得了重要研究进展。课题组独立研究成果已在《物理评论快报》（封面论文）、《美国化学会志》、《JMEMS》、《APL》（封面论文）、《JChemPhys》、《软物质》、《英国皇家学会会刊A》等相关领域国际主流期刊上发表论文百余篇。SCI他人引用千余次。
　　2006年曾被邀请在荷兰召开的“NEMS中的色散力国际研讨会”做60分钟特邀报告。经常性被邀请做国际会议特邀报告。
　　主要承担有中国科学院“知识创新工程”项目（首席科学家）；国家杰出青年基金；“973”计划课题；“863”计划项目等课题。
　　受聘担任《JAdhesSciTechnol》等十余个国际期刊的编委；《力学进展》常务编委、《中国科学G》（中英文版）、《力学学报》（英文版）、《应用数学和力学》（中英文版）、《机械强度》、《纳米科技》、《传感技术学报》等刊物编委。兼任清华大学摩擦学国家重点实验室学术委员会委员。

【目录】

丛书序前言
第1章表面和界面物理力学的范式
1.1零厚度的Gibbs界面和有限扩散层厚度的Cahn-Hilliard界面
1.1.1Gibbs的零厚度界面模型
1.1.2Cahn-Hilliard有限扩散厚度的界面模型
1.2纳微米表面界面物理力学的范式
参考文献

第2章表面热力学、统计理论和弹道-扩散传热模型
2.1体相和表面相的广延量和强度量
2.1.1广延量和齐次函数、强度量
2.1.2Legendre变换
2.2体相Gibbs-Duhem方程
2.3复相系统的平衡
2.4表面Gibbs-Duhem关系式
2.5Maxwell关系式
2.6Gibbs等摩尔面、张力面和Tolman尺度
2.6.1Gibbs分割面
2.6.2Gibbs等摩尔面
2.6.3张力面
2.6.4Tolman长度
2.7配分函数与表面吸附的统计理论
2.7.1配分函数
2.7.2低覆盖度情况下表面吸附的统计理论
2.8固-液界面的Kapitza阻抗和Kapitza长度
2.9微纳尺度的“弹道-扩散”传热模型
参考文献

第3章分子间作用力
3.1VanderWaals力和Casimir力
3.1.1VanderWaals力
3.1.2Derjaguin近似
3.1.3Casimir力及“一次美好的散步
3.1.4VanderWaals力和Casimir力的异同
3.2双电层(EDL)和静电力
3.2.1平面双电层
3.2.2Derjaguin近似在球面双电层中的应用
3.3毛细力
3.3.1几个有关毛细力古老且有趣的例子
3.3.2法向毛细力和横向毛细力
3.4排空力
3.4.1熵力的来源
3.4.2排空吸引力
3.4.3排空力在生物中的应用
3.4.4Derjaguin近似在计算排空力中的应用
3.5溶剂化力、结构力、水合力
3.5.1溶剂化力
3.5.2水合力
3.6疏水作用(力)
3.7空间排斥力
3.8分离压力
3.9Knudsen力
3.10讨论
参考文献

第4章Cauchy-Born准则与Green-Kubo理论
4.1Cauchy-Born准则的起源初探
4.2经典Cauchy-Born准则
4.2.1变形梯度张量与经典的Cauchy-Born准则
4.2.2基于经典CBR建立连续模型
4.3经典Cauchy-Born准则的适用性
4.4非均匀变形下的高阶Cauchy-Born准则
4.4.1高阶Cauchy-Born准则的基本概念
4.4.2基于高阶CBR建立连续模型
4.5有限温度下的Cauchy-Born准则
4.6单原子膜结构的表面Cauchy-Born准则
4.6.1指数式Cauchy-Born准则
4.6.2基于指数式Cauchy-Born准则建立连续本构模型
4.6.3高阶Cauchy-Born准则
4.6.4基于高阶Cauchy-Born准则建立超弹性本构模型
4.6.5石墨烯、碳纳米管与Cauchy-Born准则
4.7输运性质的Green-Kubo线性响应理论
参考文献
第5章与表面问题相关的特征尺度、时间与无量纲量
5.1与表面能相关的几个特征时间和无量纲数
5.2与表面能相关的几个特征尺度及相关无量纲数
5.2.1弹性毛细长度及基底在液滴作用下的凸起特征高度
5.2.2疏水特征尺度
5.2.3GTKB方程与Tolman长度
5.2.4Egelsta.-Widom尺度
5.2.5线张力发生作用的特征尺度
5.2.6分子特征尺度与前驱膜的特征尺度
5.2.7Navier滑移尺度与广义滑移尺度
5.2.8Navier滑移尺度与Kapitza长度的类比
5.2.9Debye屏蔽长度与纳米电润湿
参考文献
第6章表面和界面物理力学中的跨尺度模拟方法
6.1分子动力学与分子力学模拟方法概述
6.1.1分子动力学理论
6.1.2平衡系统分子动力学模拟的系综
6.1.3MD的力场
6.1.4边界条件
6.1.5分子动力学的流程
6.1.6分子力学
6.2计算量子力学
6.2.1量子力学的基本理论
6.2.2密度泛函理论(DFT)
6.3Car-Parrinello分子动力学
6.4QM/MM杂交方法
6.4QM/MM杂交方法的基本概念
6.4QM/MM的边界处理方法
6.4.3QM/MM杂交方法在DPPC生物膜水合力计算中的应用
参考文献

第7章表面润湿与移动接触线问题中的物理力学
7.1从Leidenfrost液滴谈起
7.2Young方程及其基底粗糙度和曲率的修正
7.2.1光滑、平坦表面的Young方程
7.2.2粗糙表面的润湿方程
7.2.3线张力对表面润湿方程的修正
7.2.4曲面上的润湿方程
7.3Young-Laplace方程
7.4Kelvin方程
7.5分离压力对表面润湿三大基本方程的修正
7.6毛细提升和液滴铺展的动力学方程与标度律
7.6.1毛细管中液体毛细提升或铺展的Washburn标度律
7.6.2润滑近似和液滴铺展的动力学方程
7.6.3一维情况下液滴铺展的动力学方程的解
7.6.4液滴自相似铺展的标度律
7.7接触角滞后
7.8分子动理论(MKT)——移动接触线问题中的跨尺度理论
7.9三相接触线处的水动力模型
7.10Huh-Scriven佯谬
7.11讨论
参考文献

第8章前驱膜的物理力学性质
8.1有关前驱膜的实验研究
8.2有关前驱膜的理论模型
8.2.1DeGennes有关前驱膜的理论模型
8.2.2前驱膜模型和滑移边界模型的对比
8.3有关前驱膜的Langevin动力学和MonteCarlo模拟
8.4有关前驱膜的分子动力学模拟
8.5讨论
参考文献

第9章电润湿中的移动接触线问题
9.1电润湿历史的简要回顾以及Berge提出的Lippmann-Young方程
9.1.1Lippmann于1875年有关电毛细的博士论文
9.1.2Berge有关Lippmann-Young方程的提出
9.1.3粗糙表面的电润湿方程
9.1.4电润湿下的三相接触点的特点
9.2电润湿的基本控制方程
9.2.1电润湿中三相接触点处电场的奇异性分析
9.2.2自发电润湿的控制方程
9.3接触模式的电润湿的实验和理论分析
9.3.1接触式电润湿的实验
9.3.2接触式电润湿中电荷量的估算
9.3.3液滴失稳特征时间的理论估算
9.4绝缘膜击穿动态过程的观测
9.5电场作用下荷叶上的液滴启动
9.5.1实验装置和材料制备
9.5.2通过电势梯度实现液滴的启动
9.5.3结果分析
9.6纳米电润湿中的标度律和前驱膜
9.7电弹性毛细动力学
9.7.1弹性毛细
9.7.2电弹性毛细动力学
9.8曲面电润湿
9.9铺展系数的线张力、分离压力和电场力修正
9.10电润湿物理力学机制的进一步讨论
参考文献

第10章内角润湿和电润湿的移动接触线问题
10.1宏观内角润湿的Taylor猜想和Concus-Finn条件
10.2纳米液滴在内角毛细流动的分子动力学模拟
10.3内角润湿在金属单原子链形成方面的应用
10.4前驱链在亲水内角的动态电润湿
10.5本章结束语
参考文献

第11章受限液体和纳流动中的边界滑移
11.1纳米流变学——受限液体的若干力学行为
11.1.1垂直壁面方向受限液体分子呈现分层结构,密度呈现振荡分布
11.1.2等效剪切黏度呈现数量级的提高
11.1.3剪切黏度的流变特性——-剪切致稀
11.1.4弛豫时间若干个数量级的提高
11.1.5扩散,分子的协同运动
11.1.6固化与相变
11.1.7亚连续性
11.2原子尺度界面摩擦模型
11.2.1Tomlinson模型
11.2.2Frenkel-Kontorova模型与Frenkel-Kontorova-Tomlinson模型
11.2.3可变密度的Frenkel-Kontorova(vdFK)模型
11.3纳流动中的边界滑移模型与机制
11.3.1Navier线性滑移模型
11.3.2动理滑移模型
11.3.3VDFK滑移模型
11.3.4疏水固壁的黏度滑移模型
11.3.5两个曲面固壁间液体流动的滑移模型
11.3.6考虑接触角的滑移模型
11.3.7超疏水固壁的滑移模型
11.3.8Thompson和Troian剪切应变率滑移模型
11.3.9基于分子动理论(MKT)的滑移模型
11.4水在超长CNT流动实验和计算
11.4.1CNT管径和手性对毛细流动的影响
11.4.2水进入CNT所需的临界压力
11.4.3CNT内毛细流动的力电耦合的DFT/MD迭代模拟
11.4.4超长CNT中毛细流动的实验研究
11.5受限流体中的对称性破缺
11.5.1对称性破缺
11.5.2纳微受限流动中的对称性破缺
11.5.3封闭狭缝内受限流体的对称性破缺
11.6化学键层次对超润滑机理的理解
参考文献

第12章液滴在固体表面蒸发的物理力学行为
12.1咖啡环效应：蒸发与Marangoni对流
12.2平面和曲面上的二维蒸发液滴的温度分布
12.3液滴蒸发的两种模式
12.4液滴蒸发中固-气-液三相接触线钉扎和去钉扎的物理力学机制
12.5分离压力在液滴蒸发中的作用
12.6水滴蒸发的μ-PIV观测
12.7水滴在疏水PDMS和Te.on表面的蒸发
12.8本章结束语
参考文献

第13章分子马达和微悬臂梁传感器中的界面力学
13.1分子机器中的一些重要力学问题
13.1.1分子马达的效率
13.1.2F0F1-ATPase的化学态及动力学方程
13.1.3F1分子马达低Reynolds数流体动力学
13.1.4来自生物系统的摩擦与润滑的启示以及分子马达的组装
13.2分子机器固定问题的多尺度模拟
13.2.1分子马达固定中的螯合作用
13.2.2QM/MM跨尺度模拟
13.2.3分子马达旋转的MD模拟
13.3基于微悬臂梁的微生化传感器中表面应力起源
13.3.1表面应力产生的物理机制
13.3.2微悬臂梁表面应力模型
13.4本章结束语
参考文献

第14章超灵敏微纳传感机理的表面物理力学基础
14.1微纳生物传感器的机理概述
14.2金属氧化物半导体气体传感器的耗尽层模型
14.3氧化锌表面气体传感机理的DFT模拟-表面重构和电荷转移
14.3.1研究背景概述
14.3.2DFT模拟方法
14.3.3结果和讨论
14.4石墨烯的超灵敏探测与改性
14.4.1引言
14.4.2计算模型及方法
14.4.3有毒气体分子的检测与计算
14.4.4有机物分子的吸附检测与计算
参考文献

第15章表面扩散与表面演化动力学
15.1Herring-Mullins公式和Asaro-Tiller公式
15.1.1Herring公式的推导细节
15.1.2Mullins的贡献
15.1.3Asaro-Tiller公式
15.1.4电场对Asaro-Tiller公式的贡献
15.2Gibbs-Thomson公式
15.3Shuttleworth-Herring公式
15.4表面扩散的Nernst-Einstein公式与表面演化方程
15.5Nichols和Mullins对无限长圆柱体表面稳定性的分析
15.5.1表面扩散
15.5.2体内部扩散
15.5.3体外部扩散
15.6Nichols和Mullins对球体表面稳定性的分析
15.6.1表面扩散
15.6.2体内部扩散
15.6.3体外部扩散
15.7表面扩散引起的薄膜生长中的Asaro-Tiller-Grinfeld失稳
参考文献

第16章表面与界面演化中的相场动力学方法
16.1Cahn-Hilliard方程与失稳分解
16.1.1Cahn-Hilliard方程
16.1.2机械混合与理想溶液混合的自由能表达式
16.1.3失稳分解、上坡扩散与下坡扩散
16.2Cahn-Hilliard方程在弹性体中的应用
16.3Cahn-Hilliard方程在纳米自组装中的应用
16.3.1相分离、相粗化、相细化
16.3.2运动学、动力学、能量学分析
16.3.3相场动力学演化中的特征尺度
16.4润湿与电润湿中的相场动力学
16.5本章结束语
参考文献

附录A分子动力学模拟势函数
A.1基本原理
A.2基本力场
A.2.1键伸缩能
A.2.2键角弯曲项
A.2.3二面角扭转项
A.2.4偏离平面振动项
A.2.5非正常二面角扭转项
A.2.6库仑作用项
A.2.7非键结作用项
A.3经验参数化方法
A.3.1有机化合物适用力场
A.3.2生物及有机物体系模拟适用力场
A.3.3嵌入原子势以及金属玻璃、锂-硅合金材料性质模拟
A.3.4多体作用势
A.3.5反应力场
A.3.6普遍适用的经验力场
参考文献

附录B水模型
参考文献
附录C固体基底上润滑近似下液体薄膜运动方程的推导
C.1一般形式液体薄膜运动方程的推导过程
C.2一般形式液体薄膜运动方程的几种特例
C.2.1仅有表面张力作用,且认为表面张力为常数
C.2.2仅考虑表面张力和重力作用
C.2.3考虑分离压力和表面张力的共同作用
C.2.4考虑热毛细作用,表面张力和重力作用
C.2.5考虑表面张力,重力,离心力和分离压力共同作用
C.3圆柱内和圆柱外的液体薄膜运动方程
C.3.1圆柱内(凹面)液体薄膜运动方程
C.3.2圆柱外(凸面)液体薄膜运动方程
参考文献

附录DYoung-Laplace方程的求解
D.1垂直管中液面高度的计算
D.1.1单个垂直壁面半无限区域的情况
D.1.2两个垂直壁面所夹区域的情况
D.2圆柱漂浮在液体表面时,液面形状的确定
参考文献

附录E基底上球冠型液滴的几何关系
E.1平面上球冠状液滴的几何关系
E.2球面(凸、凹)上球冠液滴的几何关系
参考文献
附录F表面与界面的微分几何关系
参考文献
附录G水与表面和界面相关的一些特性
索引