介孔硅对孔内毛细压力的弹性响应

我们研究了由直径约8纳米的独立通道贯穿的单片介孔硅膜的水吸附诱导变形。我们关注与毛细凝聚时拉普拉斯压力诱导的膜变形相关的弹性常数，即孔载模量。我们对代表该膜的圆柱形孔的六方和四方晶格进行了吸附诱导变形的有限元法（FEM）模拟。我们发现孔载模量对孔的几何排列依赖性较弱，并可表示为孔隙率的函数。我们提出了一个解析模型，该模型将孔载模量与孔隙率及体硅的弹性性质（杨氏模量和泊松比）联系起来，并与FEM结果非常吻合。我们发现实验数据与解析模型的预测吻合良好，其中孔壁的杨氏模量略低于体材料值。该模型适用于一大类具有与介孔硅相似形貌的材料。此外，我们的发现表明，液体凝聚实验提供了一种优雅地获取介孔介质弹性常数的方法。