2021年12月24日，北京大学工程科学讲堂（Peking University Engineering Science Seminars）第七场开讲。新加坡南洋理工大学高华健教授带来“冷拉受控断裂理论：基于力学理论的微纳米结构大规模制造平台”线上报告。讲座由北京大学工学院力学与工程系主任杨越教授主持。报告吸引海内外多所高校120余名参会者线上参与。

线上讲座现场

高华健教授1982年于西安交通大学获得学士学位，之后分别于1984年和1988年在哈佛大学获得工程科学硕士和博士学位。1988年至2002年期间，他在斯坦福大学任教，2001年至2006年期间，担任马克斯普朗克金属研究所所长，2006年至2019年担任布朗大学工程学院Walter H. Annenberg 教授。目前担任南洋理工大学五位杰出大学教授之一和新加坡高性能计算研究所的科学主任。高华健教授的研究兴趣包括工程及生物系统中的微纳米力学。他担任固体力学旗舰期刊Journal of Mechanics and Physics of Solids的主编。当选为美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、中国科学院外籍院士、德国科学院院士和欧洲科学院院士，并获得应用力学领域的最高国际奖—美国机械工程师协会“铁摩辛柯奖”（Timoshenko Medal）等众多奖项与荣誉。

高华健教授首先提到力学是应对全球重大挑战的重要工具，结合自身研究背景和科研经历，讲述了断裂力学在材料科学、能源和生物医学健康领域的重要应用价值。冷拉技术被广泛用于金属和聚合物材料的工业成型。基于材料断裂的冷拉技术为大规模制造微纳米结构提供了经济而有效的技术途径，但目前还缺乏冷拉受控断裂的理论研究。本次报告中，高华健教授针对包埋于聚合物基体的脆性芯丝和沉积在聚合物基底上的脆性薄膜，详细介绍了冷拉制备微纳米结构的受控断裂理论。延性包层的颈缩如何影响脆性芯丝断裂？芯丝断裂长度为何如此均匀？芯丝断裂尺寸由哪些因素控制？能否利用冷拉技术生产纳米芯丝？针对这些问题，高华健教授团队综合考虑包层颈缩、界面剪滞和芯丝断裂等因素，建立了冷拉受控断裂理论，指出聚合物颈缩区处的峰值拉伸应力导致了芯丝断裂，给出了芯丝断裂长度与界面剪切强度、芯丝几何尺寸和刚度的关联关系公式。研究发现，可以通过增加界面剪切强度或减小芯丝直径来缩短芯丝断裂长度，受控断裂的理论与模拟结果与实验观测一致。研究结果在可穿戴智能织物和微纳结构制造等方面具有广泛的应用价值。提问交流环节高教授回答了与会者提出的学术问题，并指出青年科研工作者可以参考T型发展模式，既要有扎实的专业基础深度，也要具有一定广度，积极与其他学科领域进行交叉和合作。

报告回放：https://disk.pku.edu.cn:443/link/DD86E4E920DFE778C537EC824FB47E7F

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北京大学工程科学讲堂背景：

自2020年来，新冠病毒全球流行对世界各国带来重大挑战。工程科学一直走在解决这些挑战的最前沿，而创新工程教育对于培养在瞬息万变的世界中解决复杂问题的工科人才至关重要。由北京大学工学院组织的“北京大学工程科学讲堂”（简称北大ES讲堂）旨在通过邀请全球工程和科学教育领域的专家和领导者分享他们的观点和愿景，并结合最新实践来促进对这一问题的探讨。北大ES讲堂将启发工程和科学专业的学生了解工程科学在当前特殊时期如何更好满足社会实际需求。从2021年秋季学期开始，北京大学ES讲堂每两周开讲，请大家持续关注后续系列报告。