临界直径

热波动（最终）展开纳米级折纸

折纸是变形机器人技术，可部署结构的规模不变范式（例如卫星，救灾避难所，医疗支架）和具有可调的热，机械或电磁特性的超材料。使用折纸原理以及2D材料或DNA都引起了人们的兴趣，以设计各种纳米级设备。在这项工作中，我们认识到小规模设备容易受到熵热波动的影响，因此是小规模折纸与其稳定性有关的基本问题，即折纸结构由于热波动而倾向于“展开”和随之而来的展开速度。要正确理解这些基于折纸的纳米版的行为，我们必须同时考虑折纸的几何力学以及热波动，熵排斥力，范德华的吸引力和其他分子尺度现象之间的相互作用。在这项工作中，为了阐明在纳米级折纸设备演变的富裕行为，我们开发了折叠纳米级床单的最小统计力学模型。我们使用该模型来研究（1）纳米级折纸结构的热力学多稳定性以及（2）热波动推动其展开的速率，即其时间稳定性。我们首次识别出一种熵扭矩，这是展开过程的关键驱动力。对于多层石墨烯）和温度，在该温度下不能稳定折叠。热力学多稳定性和时间稳定性都对折纸的弯曲刚度，其折痕的曲率，环境温度，其厚度和界面能量（折叠层之间）都有非平凡的依赖性。具体来说，对于石墨烯，我们表明存在一个临界侧长，在此不再以稳定性折叠；同样，存在临界直径，膜厚度（例如为了研究热驱动的展开速率，我们将Kramers的逃生速率理论扩展到了能量的最小孔出现在边界处的情况。展开的速率被发现从有效零到瞬时，并且在展开速率上温度，几何形状和机械性能之间存在明显的相互作用。