背景介绍 在现代科学和工业研究中，非牛顿流体（non-Newtonian fluids）的动力学行为因其独特的流变特性（rheological properties）和广泛的应用而备受关注。与牛顿流体（Newtonian fluids）不同，非牛顿流体如聚合物、浆液和生物流体在剪切应力（shear stress）和应变率（strain rate）之间表现出复杂的非线性关系。特别是Casson流体，因其屈服应力（yield stress）和非线性应力-应变关系，在生物流体动力学和工业过程中具有重要意义。然而，传统的整数阶导数模型在描述这些流体的行为时存在局限性，尤其是在涉及记忆效应（memory effects）和边界浓度动力学（boundary concentration dynamics）...

基于滚轮凸轮驱动的压缩弹性热冷却装置：高冷却功率密度的突破 学术背景 随着全球气候变化的加剧，传统的蒸汽压缩（Vapor Compression, VC）制冷技术因其使用氢氟碳化物（Hydrofluorocarbons, HFCs）等制冷剂而备受争议，这些物质具有较高的全球变暖潜势（Global Warming Potential, GWP）。为了应对这一环境问题，研究人员一直在探索更环保的制冷替代方案。弹性热冷却（Elastocaloric Cooling）作为一种基于固态材料的制冷技术，因其零碳排放和高能效潜力而备受关注。弹性热冷却通过材料的应力诱导相变来实现制冷，尤其是利用形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMAs）如镍钛合金（NiTi）在相变过程中释放和吸收的热...

可编程形状优化与形变问题的研究：Morpho环境的开发与应用 学术背景 软材料（soft materials）在科学和工程领域中扮演着至关重要的角色，特别是在软体机器人、结构流体、生物材料与颗粒介质等领域。这些材料在机械、电磁或化学刺激下会发生显著的形状变化。理解并预测这些材料的形状变化，对于优化设计及其背后的物理机理具有重要意义。然而，形状优化问题通常非常复杂，现有的模拟工具要么功能有限，要么不够通用，导致研究人员在处理这类问题时面临诸多挑战。 为了解决这一难题，研究人员开发了一个开源的、可编程的优化环境——Morpho，旨在为形状优化问题提供一个通用且易于使用的工具。Morpho能够处理多种软材料物理问题，如膨胀水凝胶（swelling hydrogels）、复杂流体中的非球形液滴、肥皂...

气泡热声模式与光机械传感器的耦合研究 学术背景 气泡在液体中的声学行为一直是物理学和工程学领域的重要研究课题。气泡的振动模式不仅与自然界中的声学现象密切相关，还在微流体、生物传感等领域具有广泛的应用前景。Minnaert呼吸模式是气泡声学中最著名的振动模式，它描述了气泡在液体中的基本振动行为。然而，气泡还支持一系列高阶声学模式，这些模式的理论预测虽然存在，但实验观测却极为罕见。此外，光机械传感器作为一种高灵敏度的探测工具，能够检测微尺度的声学和振动特性，为研究气泡的声学行为提供了新的平台。 本文的研究旨在通过光机械传感器探测气泡的声学模式，特别是高阶声学模式，并探讨气泡与传感器之间的耦合效应。研究不仅有助于深入理解气泡的声学特性，还为优化微机械振荡器的性能提供了新的思路。 论文来源 本文由K...

零阻力流体隐身技术的突破 学术背景 在现代微流体和纳米工程领域，隐身特性（invisibility characteristics）对于确保侵入物体与周围环境之间的无干扰相互作用至关重要。例如，在微流控芯片中运输生物分子或精确控制药物释放时，隐身特性能够显著提高操作的准确性和效率。此外，隐身特性在实现流体动力学零阻力（hydrodynamic zero-drag）性能方面也具有重要意义，这有助于缓解全球能源危机。然而，长期以来，达朗贝尔悖论（d’alembert paradox）和未解决的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）阻碍了零阻力流体隐身技术的发展。达朗贝尔悖论指出，在理想流体中，物体运动时不会受到阻力，但在实际流体中，阻力始终存在。这一悖论使得在广泛的...