理工论文球面上皱褶花样的演化

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2、衬底的曲率较小且应力刚超过临界值时，皱褶花样为三角铺排的凹痕结构；而当应力进一步增大和/或衬底的半径增大时，则出现迷宫形的花样.皱褶的周期长度和临界屈曲应力都随衬底半径的增大而增大.此方向上的研究对于理解大自然中许多花样(比如花叶序与皱纹)的产生和演化具有重要的意义.　　关键词应力，屈曲模式，几何效应　　　　Transitionbehaviorofbucklingmodesonasphere　　LIChao

3、Rong1,CAOZe

4、Xian2CHENXi3　　(1DepartmentofPhysics,Cente

5、rforOptoelectronicMaterialsandDevicesandKeyLaboratoryofAdvancedTextileMaterials&ManufacturingTechnologyMinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,China)　　(2InstituteofPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing,China)　　(3DepartmentofCivilEngineeringandEngine

6、eringMechanics,ColumbiaUniversity,NewYork,NY10027-6699,USA)　　　　AbstractFeasibilityofmanipulatingthethinfilmbucklingpatternsisinvestigatedbychangingthesubstratecurvatureandthestressdevelopeduponcooling.ThenumericalandexperimentalstudiesarebasedonthesphericalSiO2film/Ags

7、ubstratesystem.Itisfoundthatforasubstratewitharelativelylargecurvature,thetriangularlydistributeddent

8、likebucklingpatternformswhenthenominalstressisjustaboveacriticalvalue.Withincreasingfilmstressand/orsubstrateradius,thelabyrinth

9、likebucklingpatternstakeover.Bothetheb

10、ucklingwavelengthandthecriticalbucklingstressbecomelargerwithincreasingsubstrateradius.Researchesalongthislinearehelpfultotheunderstandingoftheformationandevolutionofmanynaturalpatternsincludingthephyllotacticarrangementsandwrinkles.　　KeywordsStressBucklingmodesGeometrye

11、ffect　　　　压应力超过一定值时，柔性衬底上的表皮会出现皱褶（wrinkling,buckling）1)，这种现象非常普遍，以典型的中老年面部形貌为例，人体皮肤随着年龄的增长或因环境导致真皮层水分的流失，就会出现的皱纹.从本质上说，类似的自然现象大都可用以下的简化模型来描述：设想一个柔性软衬底上附着一层较硬薄膜的两层结构，开始时两者处于平衡状态.随着条件的改变（如温度、成分或结构等），界面处会出现应力的积聚；当应力大于某个临界值时，将会出现结构失稳而形成一定的皱褶花样.对这种现象进行深入的科学研究，其结果在材料科学、大面积微纳

12、米结构组装和整容外科等领域都具有重要的应用前景［1—4］.Bowden等人［5］在约110℃的温度下在弹性光刻胶衬底上生长一层约50nm厚的Au薄膜.在冷却过程中，由于两者的热膨胀系数存在较大的差异，在金属