CVD金刚石薄膜孪晶形成的原子机理分析

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、晶界分布和表面形貌. 研究了一阶孪晶在金刚石晶体{111}面生长的原子堆垛过程. 结果表明，由于一阶孪晶〈111〉60°的取向差关系以及{111}面的原子堆垛结构，使{111}面上容易借助碳原子的偏转沉积产生一阶孪晶. 低甲烷浓度时，碳原子倾向于在表面能较低的{111}面沉积，为孪晶的形成提供了便利，且高频率孪晶使薄膜织构强度减弱. 甲烷浓度升高使生长激活能较小的{001}面成为主要前沿生长面，因而只有〈001〉晶向平行薄膜法向的晶粒能够不断长大，因此孪晶形核概率明显减小. 另外，在薄膜中发现二阶孪晶，并对二阶孪晶的形成进行了分析. 关键词： 金刚石薄膜 孪晶 原子机理 取向差     

单晶铜纳米线屈服机理的原子模拟研究

采用分子静力学方法模拟了〈100〉单晶铜纳米线的拉伸变形过程,研究了纳米线屈服的机理. 结果表明：1） 纳米线初始屈服通过部分位错随机激活的{111}〈112〉孪生实现,后继屈服通过{111}〈112〉部分位错滑移实现;2） 纳米线变形初期不同滑移面上的部分位错在两面交线处相遇形成压杆位错,变形后期部分位错在刚性边界处塞积,两者都阻碍位错滑移,引起一定的强化作用. 关键词： 纳米线 屈服 位错 分子静力学     

bcc Fe中刃型位错的结构及能量学研究

基于位错理论，利用分子动力学方法建立了〈100〉{010}，〈100〉{011}，1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的芯结构，并计算了这四种刃型位错的形成能、位错芯能量和芯半径.计算结果表明：〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的形成能比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的要高，这表明〈100〉刃型位错比1/2〈111〉刃型位错更难形成.而〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的芯半径比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的小，这说明在1/2〈111〉刃型位错中位于奇异区的原子数多于〈100〉刃型位错，而这些原子要比完整晶体中的原子具有更大的活性.可见，1/2〈111〉刃型位错比〈100〉刃型位错更易运动，且〈100〉刃型位错在bcc Fe中难以形成. 关键词： bcc Fe 刃型位错 分子动力学模拟     

沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制研究

 用分子动力学方法计算模拟了沿〈111〉晶向冲击加载过程中，单晶铜中纳米孔洞（直径约1.3 nm）的演化及其周围区域发生塑性变形的过程。模拟结果表明，在沿〈111〉晶向冲击加载后，在面心立方（fcc）结构中的4族{111}晶面中有3族发生了滑移。伴随孔洞的增长，在所激活的3族{111}晶面上，观察到位错在孔洞表面附近区域成核，然后向外滑移，其中在剪切应力最大的〈112〉方向上，其位错速度超过横波声速，其它〈112〉方向的位错速度低于横波声速。模拟得到的位错阻尼系数范围与实验值基本符合。由于孔洞周围产生的滑移在空间比较对称，孔洞增长形貌接近球形。在恒定的冲击强度下，孔洞半径增长速率近似保持恒定，其速率随着冲击强度的增加而增大。     

β—SiC外延层中晶体缺陷的观察

用腐蚀法研究了β-SiC外延层中的晶体缺陷。腐蚀剂为熔融氢氧化钾。三角形尖底蚀坑对应于位错。在β-SiC中的全位错为立方晶系的73°位错和60°位错。不同堆垛方式的β-siC生长层相遇时将形成{111}交界层错,其腐蚀图象为平行于<110>方向的直线。60°位错可分解为两个1/6<112>SchockLey不全位错,并夹着一片{111}层错构成扩展位错。三个1/6<110>压杆位错与三片{111}层错可构成层错锥体。正、反堆垛的β-SiC可形成尖晶石律双晶,双晶面为(111)。腐蚀法和X射线劳厄法证实了这种双晶的存在。 关键词：     

晶体生长的层错机制及其生长动力学

面心立方晶体中层错矢量为1/6<112>和1/3<111>的堆垛层错在生长面{111}上的露头处产生了亚台阶(sub-step)。基于亚台阶的原子图象的分析,本文讨论了层错生长机制及其生长动力学,证明了亚台阶处的成核势垒总是小于二维成核势垒,解释了近年来所观察到的堆垛层错作为生长台阶源的实验事实。 关键词：     

冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究

利用分子动力学模拟方法对含纳米孔洞的单晶铁在冲击波压缩下的结构相变(由体心立方结构α到六角密排结构ε)进行了研究,单晶铁样品的尺寸为17.2nm×17.2nm×17.2nm，总原子数428341个，在样品的中央预置一个直径为1.12nm的孔洞，利用一活塞分别以350，500，1087m/s的速度撞击样品产生冲击波，对应的冲击波压缩应力分别为12，17，35GPa.撞击方向沿单晶铁的［100］晶向.计算结果表明，在冲击波压缩下，孔洞对铁中的相变起了诱导作用，伴随着孔洞的塌陷，相变首先出现在孔洞周围的(011)面和(011)面上，然后扩展到整个样品.通过分析冲击压缩下原子的位移历史，解释了相变的微观机制，发现孔洞周围的原子在{011}面上沿〈011〉晶向滑移，离孔洞中心距离越近的{011}面上的原子容易滑移，间隔一层的{011}面与相邻层原子的移动位移幅度不同，这种相对滑移导致出现了新的结构(hcp结构). 关键词： 相变 分子动力学 冲击波 纳米孔洞     

沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制

用分子动力学方法计算模拟了单晶铜中纳米孔洞（约φ1．3nm）在〈111〉晶向冲击加载过程中的演化及其周围区域发生塑性变形的过程。模拟结果的原子图像如图1所示，其中活塞速度为500m／s，图中所示为4族连续三层穿过孔洞中心的{111}晶面在4000个时间步时（处于拉伸应力状态）的原子排列图像。从面心立方铜晶体中位错成核及运动特点可知，当位错在{111}面上成核和运动后，将产生层错和部分位错结构，我们正是根据此特点来判断在某{111}晶面上是否有位错的成核和运动。从图1可以看到，沿〈111〉晶向冲击加载后，     

镍铬合金中不全位错的透射电子显微镜观察

对镍铬合金(20％Cr,1％Al,2.5％Ti)中层错边界处及共格孪晶界面上的不全位错进行了观察和分析,结果是:1.用g·b_p=±2/3或±1/3作为不全位错是否显示衍衬是可行的,但不够严格。为此,应尽量选择{220}或{311}类型衍射成像,这时g·b_p或者等于零,或者等于整数,比较容易确定不全位错的柏氏矢量。2.共格孪晶界面上有不全位错,大多数是全位错分解的产物,成对出现。3.平行滑移面上的层错在运动中可以相互重迭。重迭层错中内禀层错与外禀层错之间的不全位错,在g·b_p=±2/3时无衍衬(在层错条纹的较强背景下是亮线),而在g·b_p=±1/3时显示衍衬(暗线)。 关键词：     

Al纳米线不同晶向力学行为和变形机制的模拟

采用分子动力学模拟计算方法,考察具有较高层错能的Al纳米线沿不同晶向的力学行为和变形机制。在相同计算条件下与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线进行比较。结果表明：在力学行为方面,Al纳米线的弹性模量呈现明显的结构各向异性,满足E_[111] > E_[110] > E_[100]的关系,这一关系在FCC金属纳米线中普遍成立;Al纳米线的屈服应力随晶向呈现σ_y[100] > σ_y[111] > σ_y[110]的关系,这一关系在具有较低层错能的FCC金属纳米线中不具有普遍性,这与体系中位错形成机制密切相关。根据拉伸变形过程微观结构的演变规律,阐明Al纳米线不同晶向的变形机制,并与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线的变形机制进行比较。结果表明,对于尺度较小的高层错能Al纳米线,Schmid因子和广义层错能均难以准确预测其变形机制。     

纯铜[0 1 1]倾侧型非共格∑3晶界结构稳定性分子动力学模拟研究

有研究表明, 非共格∑₃晶界的行为在中低层错能面心立方金属晶界 特征分布演化中发挥着重要作用. 为了掌握不同界面匹配的非共格∑₃晶界的特性, 本文利用分子动力学(MD)模拟方法首先研究了纯铜的[0 1 1]倾侧型 非共格∑₃晶界在700–1100 K温度范围内和常压下的结构稳定性. MD模拟采用原子间相互作用长程经验多体势, 步长为5×10^-15 s. 模拟结果表明: 所研究的五个非共格∑₃晶界, 其结构稳定性存在很大差异, 其一般规律是, 与(1 1 1)/(1 1 1)共格孪晶界之间的夹角(Φ角)越小, 晶界匹配值越大, 则非共格∑₃晶界越稳定; 反之亦然. Φ角最小的 (2 5 5)/(2 1 1)非共格∑₃晶界较稳定, 在退火过程中几乎不发生变化. 随着Φ角的增大, 非共格∑₃晶界不再稳定, 这类晶界会通过Miller指数较高一侧晶体每三层原子面合并为一层原子面 (或Miller指数较低一侧晶体每一层原子面分解为三层原子面)的机理 转变为亚稳的“台阶”状晶界, 台阶面部分地处于精确的能量极低 的{111}/{111}共格孪晶界上; 当提高温度退火时, 这种“台阶”状晶界最终会全部转变成稳定平直的{111}/{111}共格孪晶界. 关键词： 纯铜 ∑₃晶界')" href="#">非共格∑₃晶界 分子动力学模拟     

堆垛层错和温度对纳米多晶镁变形机理的影响

本文采用分子动力学模拟方法研究了在拉伸载荷下,堆垛层错和温度对纳米多晶镁力学性能的影响,在模拟中,采用嵌入原子势描述镁原子之间的相互作用．计算结果表明：在纳米晶粒中引入堆垛层错能明显增强纳米多晶镁的屈服应力,但堆垛层错对纳米多晶镁杨氏模量的影响很小;温度为300．0K时,孪晶在晶粒交界附近形成,孪晶随着拉伸应变的增加而逐渐生长．当拉伸应变达到0．087时,一种基面与X—Y面成大约35°角且内部包含堆垛层错的新晶粒成核并快速增长．也就是说,孪晶和新晶粒的形成和繁殖是含堆垛层错的纳米多晶镁在300．0K温度下的主要变形机理．模拟结果也显示,当温度为10．0K时,位错的成核和滑移是含堆垛层错的纳米多晶镁拉伸变形的主要形式．     

晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究

用分子动力学方法研究了纳米多晶铝在冲击加载下的冲击波阵面结构及塑性变形机理.模拟研究结果表明:在弹性先驱波之后,是晶界间滑移和变形主导了前期的塑性变形机理;然后是不全位错在界面上成核和向晶粒内传播,然后在晶粒内形成堆垛层错、孪晶和全位错的过程主导了后期的塑性变形机理.冲击波阵面扫过之后留下的结构特征是堆垛层错和孪晶留在晶粒内,大部分全位错则湮灭于对面晶界.这个由两阶段塑性变形过程导致的时序性塑性波阵面结构是过去未见报道过的. 关键词： 晶界 塑性变形 冲击波阵面 分子动力学     

C60单晶的表面形貌与生长缺陷

用气相法生长出了毫米尺寸的具有规则晶面和金属光泽的高质量的纯C₆₀单晶.X射线衍射分析表明,C₆₀单晶在室温下具有面心立方(fcc)结构,晶格常数为α=1.4199(4)nm。用扫描电子显微镜和光学显微镜观察了C₆₀单晶的形貌,除观察到fcc结构的晶体所特有的{111}和{200}两种稳定晶面以及非常容易形成的孪晶之外,还发现了在{111}面上的树枝状、垄状和生长丘以及在{200}面上的树枝状、游泳池状和生长丘的生长缺陷。对C_{60 关键词：}     

Ni3(Tix,V1-x)合金系中的长周期结构

本文利用电子衍射及高分辨点阵象实验方法证实了Ni₃(Ti_x,V_1-x)合金系在铸态下存在有9R,10H,16H,20H,21H,44H等长周期结构以及2H结构。它们与体心四方基体相(结构与Ni₃V相同)及六角基体相(结构与Ni₃Ti相同)有固定取向关系:{001}_长周期∥{001}_(Ni3Ti)∥{112}_{Ni3V);〈100〉长周期∥〈100〉(Ni3Ti)∥〈110〉(Ni3V)。样品经长期高温退火处理后其它长周期结构均向9R结构转变。 关键词：}     

UO2 晶体中低密勒指数晶面表面能的分子动力学模拟

采用基于刚性离子势的分子动力学模拟方法初步计算了UO₂晶体中(100), (110)和(111) 3种低密勒指数晶面在300–1500 K范围内的表面能大小. 结果表明, 3种晶面的表面能大小随温度的升高而降低, 与实验结果趋势一致; 原子排列最紧密的(111)晶面具有最低的表面能, 3种晶面的表面能大小从高到低依次为(100), (110)和(111)晶面; 达到平衡状态下的表面层原子相对于体内原子层在表面的法线方向上发生了明显的压缩并且表面层原子的对称性也降低了, 表面原子的弛豫效应一直影响到了第5层. 计算研究结果将有助于深入认识UO₂燃料中裂变气体气泡的聚集长大以及燃料的辐照肿胀开裂行为. 关键词： 分子动力学 2')" href="#">UO₂ 低密勒指数晶面 表面能     

体心立方Ta的广义面错能及在Ⅱ型裂纹尖端初始塑性研究中的应用

基于嵌入原子势考察体心立方(bcc)金属Ta的广义层错能和广义孪晶能并获得广义层错能和广义孪晶能曲线. 研究表明,bcc Ta的广义层错能曲线与面心立方金属的广义层错能曲线有明显差异,Ta的广义层错能曲线不存在明显的能量极小值,位错主要以全位错的形式发射. 不同原子厚度的广义孪晶能曲线表明4个原子层的孪晶能曲线开始出现亚稳定的能量极小值,5个原子层的孪晶能曲线出现稳定的能量极小值. 为进一步验证广义层错能和广义孪晶能曲线揭示的塑性变形机理,采用准连续介质力学多尺度方法研究Ⅱ型裂纹尖端的初始塑性变形过程. 关键词： 广义层错能 广义孪晶能 体心立方金属钽 Ⅱ型裂纹     

形变α黄铜中层错的X射线测量

本文是文献[1]的续篇。对于原A,B,C三种样品在已测得D_eff,ρ,M,R_e和(E/V)的基础上,又分别测出了抽出型、插入型和孪生层错几率α′,α″和β以及层错能γ,真正晶块大小D₀。 关键词：     

高压导致纳米TiO2形变的电子显微研究

α-PbO₂相TiO₂高压相具有适宜的带隙能和可见光范围的光催化能力,是一种适用于可见光、高效且环保的光催化材料.本文使用金刚石对顶压砧对锐钛矿纳米球进行加压-卸压处理得到了α-PbO₂相TiO₂高压相.利用透射电子显微镜对比初始样品和卸压样品,观察结果表明晶粒发生了明显形变,高分辨图显示其晶粒中存在大量[100]方向层错和形变孪晶,其中亚微米级晶粒中形成了透镜形片层结构的形变孪晶带;纳米级晶粒中形成了扇形多重形变孪晶.研究表明高压下锐钛矿TiO₂可以发生明显的形变,其形变的微观机制与金属类似,主要为形变孪晶和层错滑移,形变孪晶的形成存在明显的尺寸效应.这些结果为TiO₂高压相变的尺寸效应研究提供了一个新的切入点,同时还为制备孪晶α-PbO₂相TiO₂高压相提供了方法.     

强流脉冲电子束辐照诱发金属纯镍中的空位簇缺陷

利用强流脉冲电子束(high-current pulsed electron beam,HCPEB)技术对多晶纯Ni进行了辐照处理,采用透射电子显微镜详细分析了辐照诱发的缺陷结构.HCPEB辐照后,纯镍表层积聚了幅值极大的残余应力,沿{111}晶面形成了稠密的位错墙及孪晶结构,另外还形成了大量的包括位错圈、堆垛层错四面体(SFT)及孔洞在内的空位簇缺陷.SFT缺陷的数量远高于其他空位簇缺陷,其周围区域位错密度很低.孔洞缺陷主要出现在SFT密集区域.HCPEB瞬间的加热和冷却诱发的幅值极大的应力和极高的应变 关键词： 强流脉冲电子束 多晶纯Ni 空位簇缺陷 堆垛层错四面体