杨氏模量

摘要\n具有高电子迁移率的二维氧化铋( Bi2O2Se )在未来高性能、柔性的电子和光电子器件中具有优势。然而，薄的Bi2O2Se片的转移是相当困难的，限制了其力学性能的测量和在柔性器件中的应用探索。在此，我们发展了一种可靠有效的聚二甲基硅氧烷( PDMS )介导的方法，可以将Bi2O2Se薄片从生长的基底转移到目标基底上，如微机电系统基底。转移薄片的高保真度源于PDMS薄膜的高粘结能和柔韧性。首次采用纳米压痕法研究了二维Bi2O2Se的力学性能。研究发现，在二维半导体中，少层Bi2O2Se具有较大的本征刚度，为18 ~ 23 GPa，杨氏模量为88.7 ± 14.4 GPa，与理论值相符。此外，少层Bi2O2Se能够承受超过3 %的高径向应变，表现出优异的柔韧性。2D Bi2O2Se力学性能可靠传递方法和文献的发展，共同填补了这一新兴材料力学性能理论预测和实验验证的空白，将推动基于2D Bi2O2Se的柔性电子和光电子领域。

为了满足技术不断进步的需要，制备性能提高、行为可预测的材料变得至关重要。为此，我们制备了0、0.5、1.0、2.0和4.0 CF负载量( w / w )下填充纳米碳纤维( CFs )的聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物样品，以考察和优化制备所需填充量，提高力学性能。采用简单、经济的机械混合方法将PDMS和CF填料结合制备样品，通过化学( FTIR )、机械(硬度和拉伸)、物理(溶胀、热重分析( TGA )、差示扫描量热( DSC )、热膨胀系数)等分析对样品进行表征，确定材料性能。我们发现，硬度和热稳定性可预见性提高，而极限强度和韧性均有所下降。反复拉伸使填充CF的PDMS样品随着CF载荷的增加而失去明显的韧性。PDMS中CF负载量为4wt . %时，其硬度和热降解温度较原始PDMS样品分别提高了40 %和25℃以上。此外，膨胀计测量显示，在PDMS中添加少量CF填料，热膨胀系数( CTE )下降了20 %。在本研究中，我们能够显示PDMS的力学和热学性能可以很好的调节信心使用CFs。

为了满足技术不断进步的需要，制备性能提高、行为可预测的材料变得至关重要。为此，我们制备了0、0.5、1.0、2.0和4.0 CF负载量( w / w )下填充纳米碳纤维( CFs )的聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物样品，以考察和优化制备所需填充量，提高力学性能。采用简单、经济的机械混合方法将PDMS和CF填料结合制备样品，通过化学( FTIR )、机械(硬度和拉伸)、物理(溶胀、热重分析( TGA )、差示扫描量热( DSC )、热膨胀系数)等分析对样品进行表征，确定材料性能。我们发现，硬度和热稳定性可预见性提高，而极限强度和韧性均有所下降。反复拉伸使填充CF的PDMS样品随着CF载荷的增加而失去明显的韧性。PDMS中CF负载量为4wt . %时，其硬度和热降解温度较原始PDMS样品分别提高了40 %和25℃以上。此外，膨胀计测量显示，在PDMS中添加少量CF填料，热膨胀系数( CTE )下降了20 %。在本研究中，我们能够显示PDMS的力学和热学性能可以很好的调节信心使用CFs。

下面我们提出一种通过掺入ZrO2颗粒来提高高摩擦聚二甲基硅氧烷( PDMS )壁虎启发微柱刚度的简单途径。由于填料与游离PDMS段之间存在三维网状结构，PDMS复合柱的杨氏模量增大；由于纳米尺寸填料比表面积大，ZrO2纳米颗粒复合柱的杨氏模量最大。不同直径ZrO2颗粒的花纹复合柱表现出较高的摩擦力，这归因于ZrO2表面羟基与PDMS基体中硅醇单元之间的强连接。这种颗粒内嵌的弹性体微柱提供了一种通用的策略来提高杨氏模量，并具有高摩擦性能的壁虎粘合剂。

称为‘芯片上器官’的先进体外模型可以模拟各种组织中发现的特定细胞环境。其中许多模型包括一种薄的，有时是柔性的，旨在模拟体内屏障的细胞外基质( ECM )支架的膜。这些膜往往是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成的，这种硅橡胶对基膜的化学和物理性能模拟较差。然而，ECM及其力学特性对组织的稳态起着关键作用。在这里，我们报告了具有类似于体内发现的成分和机械性能的生物膜。制备了两种胶原-弹性蛋白( collagen-elastin，CE )膜：玻璃化膜和非玻璃化膜(称为\"水凝胶膜\" )。采用鼓胀试验方法对其力学性能进行了表征。利用原子力显微镜( AFM )对结果进行了比较，这是一种用于评价软材料在纳米级的杨氏模量的标准技术。结果表明，通过调节CE的配比、制备方式(玻璃化与否)和/或温度等参数，可以制备出硬度在几百kPa到1 kPa之间的CE膜。利用鼓胀试验可以很容易地确定杨氏模量。这种方法是一种稳健和重复性好的测定膜刚度的方法，即使对于软膜，也更难用AFM来评估。评估基底刚度对人成纤维细胞在这些表面铺展的影响表明，细胞铺展在较软的表面比在较硬的表面要低。