一、2021年亮点工作

2021年，全国微纳米力学界的学术同仁，通过深入研究微观力学机理，揭示了一系列新奇的力学现象；同时为解决国家重大需求提供了纳米科学方案。在前沿基础研究和国家重大需求方面都取得了显著进展，在国内外著名期刊发表一批高质量科技论文。揭示了超润滑的方向依赖性、研究了二维纳米材料生长过程中的曲率效应、以及推进了力学信息学的发展。

在关于力学新奇现象的微观机理研究方面，超润滑可以节约大量能源，同时可以大幅提高纳米机械器件的服役寿命。深入理解二维纳米材料中层间纳米摩擦的微观机理，有利于将超润滑现象应用于宏观实际器件中。清华大学郑泉水院士和马明课题组长期深入研究二维纳米材料间超润滑性能，以及该性能随器件尺寸的效应。他们的实验研究表明，石墨烯和六角氮化硼间摩擦力与相对运动方向有一定的联系，而该各向异性与滑动过程中的势能变化有直接关系。该研究表明二维材料间的超润滑现象具有比较普遍性，在各个方向都存在（Phys. Rev. Materials 5(8),084002(2021)）。

高质量二维纳米材料的生长和制备是深入研究这类材料力学性能以及批量推广应用的关键。实际合成过程中，在曲面上生长二维材料是比较常用的一种方案。胡知力等人通过蒙卡模拟研究了曲率效应对二维材料生长过程的影响。模拟中观测到，曲率导致晶格应力的出现，从而影响了二维材料的生长速率并且导致失稳。通过改变曲率可以调控二维材料中的杂质形态，包括点缺陷、位错对、长距离的孪晶等。

在学科前沿方面，力学信息学将机器学习方法用于解决力学中复杂的多场多尺度问题，有助于充分挖掘海量力学数据的内在联系，是微纳米力学领域一个机器活跃的交叉学科方向。张统一院士长期致力于推广力学信息学在国内的发展，并且在该方向上取得了显著进展。他们构造了两种机器学习的回归模型，用于预测高熵合金的硬度和强度。通过500多个数据的训练，机器学习模型获得了这类高熵合金的四个主要结构特征，并且每个特征都对合金的力学性能有直接影响。该工作表明，机器学习方法可以有效地用于设计各种材料（Journal of Materials Science & Technology 87，133（2021））。

在学术前沿和国家重大需求等领域取得了一系列的研究成果。在国内外著名期刊发表一批高质量的科技论文，揭示一些力学性能的微观机理，拓展纳米力学的研究领域，推动了学科的整体发展。为国家重大工程的实施提供高效的算法，并揭示了页岩气开采等能源工程中相关力学问题的微观机理。一些代表性工作如下。

在微观机理研究方面，纳米流动器件可在原子尺度上实现物质、电荷输运以及信息存储、操控与通讯，然而离子在纳米通道中的水合结构、相互作用规律以及动力学行为仍然需要更多的理解。徐志平研究组发现双层水的特殊结构使得离子对在纳米通道中的自由能面具有双稳态，通过外电场或壁面局部电场可破坏对称性，促使离子对在不同的构型状态之间发生转换；同时驱动溶液流动，可操控离子对构型切换，实现基于纳米流动的离子开关、整流元件以及与、与非、或非逻辑门等基本单元，开展基于纳米流动的计算任务 (Nano Letters 2020, DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03643)。

悬空的二维单原子层材料的力学表征能提供更本征的材料属性，但是该测量方案极具挑战性，长期以来都没有实现。陆洋和徐志平等人通过改良转移及加工方法，实现了单层石墨烯（Nat. Commun. 11：284 (2020)）和六方氮化硼（Cell Rept. Phys. Sci. 1：100172 (2020)）的原位定量拉伸测试。实验结果表明，通过化学气相沉积技术制备的高质量单层石墨烯，在循环应力应变测试中，可实现高达约5%的全局完全可回复的弹性变形，其断裂应变达到约6%，颠覆了以往实验认知的1-2%的极限。同时，其对应弹性模量也达到920GPa，相当接近理论值的约1000GPa。成功实现直接拉伸二维材料的纳米力学手段，不仅能更直观的表征其本征力学性能，更有望推动未来二维材料的“应变工程”（strain engineering）发展和器件应用。

在服务国家重大需求方面，工程建筑的结构优化设计具有重要的经济价值和社会效益，郭旭课题组发展一种将IGA和移动可变单元（moving morphable void）拓扑结构优化方法完美结合的新方案（Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 360,112685 （2020））。该方案能够灵活且严格地控制结构的拓扑特性，并且可以避免一些边界上单元间的交叉现象。该方法可以用较少的结构单元实现对柱壳等工程结构的优化设计。

页岩气有可能成为补充传统能源的一种重要新型能源，页岩气的开采及其困难，其中一个重要原因是储气岩石内微小孔洞对页岩气输运的强烈限制作用。深入理解气体在微纳孔洞中流动行为的微观机制，将有助于从工程上设计合理高效的页岩气开采方案。吴恒安课题组通过分子动力学模拟，研究纳米通道表面粗糙度对气体输运速度的影响（J. Phys. Chem. C 124(23), 12752 (2020)）。揭示了小粗糙度对气流速度具有强烈的降低作用，并且提出理论模型对该效应进行解析分析。

二、分支机构内部建设情况

微纳米力学工作组在2020年完成换届工作。新一届工作组由张田忠担任组长；陈少华、郭旭、曲绍兴、王刚锋、和徐志平担任副组长；曹国鑫等15人为组员；江进武为秘书长。

三、分支机构本年度开展国际国内学术交流情况

2021年度，微纳米力学工作组在全国力学大会中组织了微纳米力学分会场，但是由于疫情影响，会议被多次推迟。因此，微纳米力学工作组成员主要采取线上方式组织学术活动。

1.IEEE第十届纳米操纵、制造与测量国际会议，“微纳米力学及原位表征技术”分会场

会议于2021年8月3日采取线上会议模式举行，微纳米力学工作组成员王卫东教授担任“微纳米力学及原位表征技术”分会场主席。会议邀请来自美国北达科他州立大学夏文杰助理教授、香港城市大学陆洋教授、香港城市大学韩英博士后、东华大学彭倚天教授、浙江大学王江伟教授、西北工业大学李春教授共六位国内外专家学者作专题报告，参会师生200余人。

2.损伤与断裂力学及其工程应用研讨会

会议于2021年5月21-23日在湖北省武汉市举行，会议由中国力学学会固体力学专业委员会主办，华中科技大学航空航天学院、工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室、《固体力学学报》编辑部、湖北省暨武汉市力学学会共同承办。参会师生300余人。会议还安排了微纳米材料断裂力学分会场。微纳米力学工作组的赵亚溥研究员参会，并做“页岩气开发中的储层改造合压裂效果评估”的学术报告。

此外，由工作组成员还参与了一些线下的国际国内会议。

四、党建和思想政治引领

在党组织建设方面，微纳米力学工作组于2020年10月24日召开全体委员会议（微信网络会议），成立党员工作组（党工组）。张田忠同志任党工组组长，陈玉丽同志任副组长。

在张田忠同志和陈玉丽同志的领导下，微纳米力学工作组自觉维护党中央权威和集中统一领导，自觉在思想上政治上行动上同以习近平同志为核心的党中央保持高度一致。做好全国微纳米力学科技工作者的思想政治工作，增强政治认同，使大家更加紧密地团结在党的周围。

党工组开展了一系列思想教育活动，发挥党员的带头示范作用，进一步增强了工作组所有成员的科学家精神。于2021年10月28日，组织工作组成员，通过网络直播观看中国科协党组理论学习中心组第九次集体学习扩大会议。在2021年7月30日，组织工作组成员支持力学学会推荐的王成老师参选最美科技工作者活动。2021年6月29日，组织成员观看七一授奖活动。通过这些活动，极大地增强了微纳米力学工作组成员的爱国主义精神。

五、2022年工作计划

2022年，微纳米力学工作组将从科学机理研究和国家需求两方面，促进微纳米力学在国内的进一步发展。充分发挥纳米力学对力学过程微观机理分析的学科优势，为国家在能源、电子、和生物医疗等领域的需求做出贡献。进一步通过微观机理研究，充分认识新冠病毒相关力学过程，为全国防疫工作贡献科技力量。通过与国家和社会重大需求相结合，发掘新的学科发展方向，推进微纳米力学学科的全面发展。

为了更好地推动微纳米力学的发展，2022年拟召开如下会议，会议的组织形式（线上/线下）将根据新冠疫情的发展情况而定：

（1）全国微纳米力学会议（2021年由于疫情推迟）

（2）第五届低维材料力学青年研讨会（2021年由于疫情推迟）