薄膜固态去湿问题的三维可计算建模及相关数值算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11871384
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    50.0万
  • 负责人：
    蒋维
  • 依托单位：
    武汉大学
  • 学科分类：
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The solid-state dewetting problem has been becoming increasingly important in the last decade for the scientific community, because it has many important applications in materials science and advanced manufacturing. Studies on solid-state dewetting problems may involve in the multidisciplinary research, such as materials science, physics, applied mathematics, scientific computing and so on. In general, the solid-state dewetting process is driven by interfacial energy minimization and occurs through surface diffusion-controlled mass transport process. In addition, it has the additional feature of the surface energy anisotropy and the moving contact lines. In this project, we aim to: (1) derive three-dimensional sharp-interface mathematical models and related parametric finite element methods for simulating solid-state dewetting problems in three dimensions; (2) develop phase-field models and its corresponding IEQ numerical schemes for simulating solid-state dewetting (3) derive reduced models for studying some interesting solid-state dewetting phenomena via Onsager's variational principles.
固态薄膜固态去湿问题是当前科学界广泛关注的一个热点问题，它在材料科学和先进材料制造等领域有着重要的应用价值。尤其在最近十几年，它逐渐成为材料科学、物理、应用数学及科学计算等多学科交叉的热点研究问题。不同于传统的“液体浸润固体”型去湿问题，薄膜固态去湿问题属于“固体浸润固体”型去湿问题，它主要的动力学输运方式不是传统的流体动力学，而是表面扩散过程。同时，固体表面能的各向异性和移动接触线是本问题的重要特征。本课题的主要研究内容包括：（1）发展三维情形下的尖锐界面模型及相应的参数化有限元算法；（2）发展界面能各向异性条件下的相场模型及相应的基于能量二次化的保结构保性质的数值算法；（3）基于Onsager变分原理导出一些固态去湿现象的约化模型。

结项摘要

薄膜固态去湿问题是当前科学界广泛关注的一个热点问题，它在材料科学和先进材料制造等领域有着重要的应用价值。尤其在最近十几年，它逐渐成为材料科学、物理、应用数学及科学计算等多学科交叉的热点研究问题。不同于传统的“液体浸润固体”型去湿问题，薄膜固态去湿问题属于“固体浸润固体”型去湿问题，它主要的动力学输运方式不是传统的流体动力学，而是表面扩散过程。本课题的主要研究内容是建立描述薄膜固态去湿的三维数学模型及相应的参数有限元算法。通过本项目的实施，我们取得的重要成果包括:(1)系统地建立了描述固态去湿过程的数学模型，所建立的数学模型被实验材料学家所采用，并应用于大规模的数值模拟;(2)提出了一套高效稳定的参数有限元数值算法来求解所推导的描述固态去湿过程的数学模型;(3)将昂萨格变分原理首次应用到固体材料中，并用于推导固态去湿问题的简化模型。本项目的关键数据: 完成学术论文16篇 (已正式发表论文11篇，接受发表2篇，投稿3篇), 其中包括计算数学期刊 SIAM J. Numer. Anal. 1篇, SIAM J. Sci. Comput. 1篇, SIAM J. Appl. Math. 2篇, J. Comput. Phys. 3篇, IMA J. Numer. Anal. 1篇, 材料和物理类期刊 Acta Materialia 2篇, Scripta Materialia 1篇 和 Physical Review Materials 1篇.

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
An Efficient and Unconditionally Energy Stable Scheme for Simulating Solid-State Dewetting of Thin Films with Isotropic Surface Energy
一种高效且无条件能量稳定的方案，用于模拟具有各向同性表面能的薄膜的固态去湿
  • DOI：
    10.4208/cicp.2019.js60.07
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Communications in Computational Physics
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Huang Qiong Ao;Jiang Wei;Yang Jerry Zhijian
  • 通讯作者：
    Yang Jerry Zhijian
An energy-stable parametric finite element method for simulating solid-state dewetting
模拟固态去湿的能量稳定参数有限元方法
  • DOI：
    10.1093/imanum/draa070
  • 发表时间：
    2020-03
  • 期刊：
    IMA Journal of Numerical Analysis
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Zhao Quan;Jiang Wei;Bao Weizhu
  • 通讯作者：
    Bao Weizhu
A perimeter-decreasing and area-conserving algorithm for surface diffusion flow of curves
曲线表面扩散流的周长递减面积守​​恒算法
  • DOI：
    10.1016/j.jcp.2021.110531
  • 发表时间：
    2021-01
  • 期刊：
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Jiang Wei;Li Buyang
  • 通讯作者：
    Li Buyang
Sharp-interface approach for simulating solid-state dewetting in two dimensions: A Cahn–Hoffman ξ-vector formulation
用于模拟二维固态去湿的锐接口方法：Cahn-Hoffman Îϋ-向量公式
  • DOI：
    10.1016/j.physd.2018.11.003
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Physica D: Nonlinear Phenomena
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Jiang Wei;Zhao Quan
  • 通讯作者：
    Zhao Quan
A θ−L Approach for Solving Solid-State Dewetting Problems
解决固态去湿问题的 ΔL 方法
  • DOI：
    10.4208/jcm.2010-m2020-0040
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Journal of Computational Mathematics
  • 影响因子：
    0.9
  • 作者：
    Huang Weijie;Jiang Wei;Wang Yan
  • 通讯作者：
    Wang Yan

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其他文献

一株高抗氧化活性内生真菌的分子鉴定及产酚酸类物质研究
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    --
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  • 通讯作者：
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新型超分子复合发光材料—联吡啶
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    蒋维
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    杨新军
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    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    蒋维;杨新军
  • 通讯作者：
    杨新军

其他文献

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蒋维的其他基金

曲率流问题的数值计算及其在材料科学中的应用
  • 批准号：
    12271414
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    46 万元
  • 项目类别：
    面上项目
薄膜固态去湿问题的建模及数值模拟
  • 批准号：
    11401446
  • 批准年份：
    2014
  • 资助金额：
    22.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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