中空铜纳米线的拉伸断裂分布与初始滑移分布的关系

构建了系列球形中空结构的纳米线(NW),采用分子动力学(MD)对每个模型300个不同初始态的样本开展拉伸形变模拟。并利用基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)机器学习算法,获得了初始滑移面的位置。基于大数据统计,分析了初始滑移位置分布以及断裂位置分布两者之间的相关性。研究结果表明：当内部中空半径较小时,断裂位置分布形成于塑性形变阶段,初始滑移分布与断裂位置分布之间无显著的相关性;但是对于脆性特征明显的大中空半径的NW,高能内表面诱导产生的滑移面迅速积累,产生颈缩并导致最终的断裂。因此当内部中空结构达到一定尺寸时初始滑移位置的分布与最终断裂位置的分布之间有明确的因果关系。     

单晶铜纳米线的形变行为对温度和速率的依赖关系

本文采用分子动力学模拟的方法,分别考察了应变速率为0.02%·ps-1,0.2%·ps-1和2%·ps-1,温度为100,300和600 K下的[100]单晶铜纳米线的单轴拉伸形变行为。通过纳米线在形变过程中的原子排布,机械性质,径向分布函数和能量曲线分析,可得出纳米线的低速,中速,快速拉伸形变分别对应于原子的平衡态,准平衡态和非平衡态运动;纳米线的低温,常温,高温拉伸形变分别对应于原子的结晶态,局域无序和非晶态的运动。     

中空铜纳米线的拉伸断裂分布与初始滑移分布的关系

构建了系列球形中空结构的纳米线(NW)，采用分子动力学(MD)对每个模型300个不同初始态的样本开展拉伸形变模拟。并利用基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise，DBSCAN)机器学习算法，获得了初始滑移面的位置。基于大数据统计，分析了初始滑移位置分布以及断裂位置分布两者之间的相关性。研究结果表明：当内部中空半径较小时，断裂位置分布形成于塑性形变阶段，初始滑移分布与断裂位置分布之间无显著的相关性；但是对于脆性特征明显的大中空半径的NW，高能内表面诱导产生的滑移面迅速积累，产生颈缩并导致最终的断裂。因此当内部中空结构达到一定尺寸时初始滑移位置的分布与最终断裂位置的分布之间有明确的因果关系。     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为, 分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响. 在弹性形变区域, 孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显. 在塑性形变阶段, 首先从表面边缘开始产生位错成核, 然后延伸并受阻于孪晶界. 在进一步拉伸载荷作用下, 孪晶界将作为位错源产生新的位错. 模拟结果表明, 银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关. 孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时, 此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小, 只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1), 孪晶界使得纳米线得到强化. 综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响, 为构建高强度金属纳米线打下基础. 最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响, 随着温度的升高, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定; 当拉伸速度逐渐增大, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

多晶粒银纳米线形变机理对温度依赖性的分子动力学研究

基于大规模分子动力学仿真,研究了包含多个晶粒的柱状银纳米线在不同温度下沿轴向拉伸形变的行为。结果表明,当温度低于200 K时,含较大晶粒的体系中位错滑移是其形变的主要机理,最大应力随温度变化不显著。当环境温度高于200 K时,晶粒的滑动逐渐成为形变的主导因素,这一特征在含更小晶粒的体系内表现更明显。同时最大应力随温度显著降低。基于上述结果,进一步讨论了温度对Hall-Petch关系的影响。     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为,分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响.在弹性形变区域,孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显.在塑性形变阶段,首先从表面边缘开始产生位错成核,然后延伸并受阻于孪晶界.在进一步拉伸载荷作用下,孪晶界将作为位错源产生新的位错.模拟结果表明,银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关.孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时,此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小,只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1),孪晶界使得纳米线得到强化.综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响,为构建高强度金属纳米线打下基础.最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响,随着温度的升高,孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定;当拉伸速度逐渐增大,孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

孔洞和孪晶界对银纳米线形变行为联合影响的分子动力学模拟（英文）

在分子动力学模拟的基础上,系统地研究了银纳米线在单轴拉伸条件下的塑性形变。本文研究了不同孔径大小的[111]晶向的孪晶纳米线的力学性能。研究发现,孔洞的存在对弹性形变阶段没有影响。孪晶界上的孔洞在塑性形变阶段主要有两个作用。在初始塑性形变阶段,当孔洞的尺寸较小时,主要是作为位错源产生新的位错;随着孔洞尺寸的增大,主要作用变为阻碍位错滑移。在塑性形变的后期,孔洞的两个作用相辅相成,但随着孔洞尺寸的增大,孔洞作为位错源产生位错的作用变得显著,最终导致纳米线的塑性减弱。     

多晶粒银纳米线形变机理对温度依赖性的分子动力学研究

基于大规模分子动力学仿真,本文研究了包含多个晶粒的柱状银纳米线在不同温度下,沿轴向拉伸形变的行为。结果表明,当温度低于200 K时,含较大晶粒的体系中位错滑移是其形变的主要机理,最大应力随温度变化不显著。当环境温度高于200 K时,晶粒的滑动逐渐成为形变的主导因素,这一特征在含更小晶的体系内表现更明显。同时最大应力随温度显著降低。基于上述结果,进一步讨论了温度对Hall-Petch关系的影响。     

基于分子动力学方法的孪晶银纳米线拉伸形变模拟

采用分子动力学方法研究了具有不同孪晶界密度的< 111>晶向孪晶Ag纳米线在拉伸载荷下的形变行为,讨论了孪晶界对纳米线力学强度的影响,并分别阐明具有不同孪晶界密度Ag纳米线的塑性形变机理.结果表明,与单晶Ag纳米线的强度进行对比可知,基于不同的形变模式,孪晶界的引入对纳米线可以起到弱化作用或者强化作用.以孪晶片层厚度的倒数(1/TBS)作为临界值,当1/TBS小于0.2 nm^-1时,孪晶界作为位错源,表现为对纳米线的弱化作用;当1/TBS大于0.2 nm^-1时,孪晶界阻碍位错运动表现为强化作用.强化作用机理分为两种:当1/TBS介于0.2到0.5 nm^-1时,形变机理以孪晶界和位错相互作用为主,断裂开口均在纳米线内部产生,随着位错增殖形成孔洞,进而向四周蔓延;当1/TBS大于0.5 nm^-1时,孪晶界发生迁移以容纳位错活动,位错不断增殖穿过孪晶界形成剪切带,进而导致纳米线的颈缩.由孪晶界密度不同引起的强化作用和弱化作用均随温度升高而减弱.     

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

近期热点文章

正关键词:电化学发光波导·单晶分子线·光输运W. Guo, H. Ding, P. Zhou, Y. Wang, B. Su. Electrochemiluminescence Waveguide in Single Crystalline Molecular Wires, Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59,6745-6749.将电极表面局域电化学发光扩展至非导电区是实现电化学发光单细胞无电扰动分析的关键.浙江大学苏彬教授课题组制备了一种铱金属配合物单晶分子线,能够沿着分子线长轴方向传导其自身产生的电化学发光信号.以微区刻蚀电极为基底,     

α-铁纳米线阵列的磁矩分布

在多孔阳极氧化铝(AAO)模板中, 采用电化学方法制备出α-铁纳米线阵列复合膜. 用透射Mössbauer谱(MS)、内转换电子Mössbauer 谱(CEMS)和微磁学模拟对直径为60 nm的α-铁纳米线阵列进行了内部和端面磁矩分布的研究. 透射Mössbauer 谱的结果表明, α-铁纳米线阵列内部磁矩很好地平行于纳米线长轴方向, 而内转换电子 Mössbauer 谱观察表明, 位于纳米线阵列端面, 磁矩偏离纳米线的长轴方向分布, 由二、五峰的强度计算出平均偏角为24.0°. 另外, 用微磁学模拟方法对不同深度的磁矩分布做了数值统计, 结果表明, 在纳米线内部磁矩严格地平行于纳米线轴, 越趋近两端, 平均磁矩与纳米线轴的夹角越大. 磁性测量结果表明α-铁纳米线阵列宏观磁性表现出很强的磁各向异性.     

重离子径迹模板法合成银纳米线

聚碳酸脂(PC)膜被高能重离子辐照后沿入射离子路径产生潜径迹, 把带有潜径迹的膜经紫外光敏化后置于NaOH 溶液中进行蚀刻, 通过选择蚀刻条件, 在PC 膜内得到直径从100 到500 nm 导通的核径迹孔. 以带有核径迹孔的PC 膜为模板, 用电化学沉积法制备出不同直径的银纳米线. 在特定的实验条件下(沉积电压25mV、电流密度1-2 mA·cm-2、温度50 益和电解液为0.1 mol·L-1的AgNO3溶液), 获得了沿[111]方向择优取向生长的具有单晶结构的银纳米线. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及选区电子衍射(SAED)等手段对银纳米线的形貌和晶体结构特征进行了表征.     

Ni 掺杂ZnO纳米线的电子结构与磁性

采用自旋极化密度泛函理论系统研究了Ni掺杂ZnO纳米线的电子结构、磁学和光学性质.磁学性质计算结果显示六种Ni掺杂ZnO纳米线的磁性耦合体系出现了铁磁(FM)、反铁磁(AFM)和顺磁(PM)二种不同的耦合状态.能量计算结果表明Ni原子在纳米线外表面沿[0001]方向替代Zn原子时能量最低,体系的AFM耦合相对稳定,AFM体系表现出金属性.态密度计算结果显示FM耦合在费米能级附近出现了明显的自旋极化现象,发生了强烈的Ni 3d和O 2p杂化效应,掺杂产生的磁矩主要来源于Ni 3d未成对轨道电子和部分O 2p轨道电子的贡献,FM耦合表现出半金属性.另外,光学性质计算结果显示Ni掺杂ZnO纳米线的远紫外吸收峰发生了红移现象,而380 nm附近的近紫外吸收峰发生了明显的蓝移现象,在整个紫外区都表现出了优异的发光性能.以上结果表明Ni掺杂ZnO纳米线是一种很有前途的磁光电子材料.     

高强度黏附力可调控的水下超疏油铜网膜的制备

通过调控在铜网表面电镀铜的时间制备了一系列具有不同黏附性的水下超疏油铜网表面, 并进一步在铜网表面包覆一层磷酸二氢铝(ADP)纳米涂层. 在保持铜网表面原有微结构形貌不变的前提下, ADP纳米涂层有效增强了铜网表面微纳结构的机械强度及表面浸润特征的稳定性. 研究结果表明, 铜网表面不同微结构赋予了表面与油滴之间不同的接触状态, 从而产生了不同的黏附性; ADP包覆后铜网表面微结构机械强度的增加, 得益于包覆后表面微观结构在外力作用下最大应力和最大横向位移的明显降低.     

聚苯基单醚喹噁啉薄膜的形变机理

非晶聚合物塑性变形机理主要包括银纹化和剪切屈服[1 ,2 ] .银纹化是链段局部排列疏松区域或缺陷在膨胀应力作用下成为银纹核 ,引发银纹 ,银纹 本体界面应变软化 ,银纹微纤拉伸的应变硬化过程 ,使得聚合物银纹微纤沿拉伸方向取向 ,伴随这一过程聚合物的体积增大[3] .剪切屈服是分子链沿拉伸方向的流动以及分子链间的滑移过程 ,这一过程使聚合物形状改变而体积不变 .聚合物的形变机理与聚合物的内在性质如临界缠结分子量 ,缠结密度或硬度等有关[4] .聚苯基单醚喹啉是一种高性能的芳杂环聚合物 ,它的玻璃化转变温度是 2 98℃ ,它具有耐高温…     

基于弹性统计理论的硅橡胶纳米复合材料本构关系的建立

基于考虑了悬垂链的橡胶弹性统计模型,通过引入应变放大因子,建立了硅橡胶纳米复合材料的基于微观机制的本构关系,其中利用硅橡胶分子信息(分子量M、乙烯基含量wt_(Vi)%)、乙烯基反应程度(q)估算获得本构方程中的交联点间链段分子量(Mc),网络链(network strands)体积分数(Φ)等参数,通过拟合确定了与纳米粒子相关的部分参数(初始应变放大因子X_0,极限应变放大因子X_∞,衰减因子z),对掺杂白炭黑的单组分及长短链配合硅橡胶拉伸应力-应变数据进行拟合,在采用相同X_∞,z值情形下,拟合曲线仍能与实测值符合较好(拟合的Adj.R-Square值分别为0.99576、0.99596)。基于微观物理机制的本构关系能够成为联系微观分子结构参数与宏观应力的桥梁,本文工作有望为更有针对性地改进和优化硅橡胶的性能提供依据。     

应变速率和电位对应力腐蚀裂纹扩展的影响

以滑移-溶解-再钝化模型为基础,推导出应力腐蚀裂纹扩展速率与裂尖应变速率和电位之间的理论公式.计算表明,在裂纹扩展速率与裂尖应变速率的关系曲线中有两个特征区域.裂纹扩展速率在区域I随裂尖应变速率增加而增大,而在区域II不随裂尖应变速率的改变而变化.用慢应变速率拉伸技术（SSRT）测量了304L不锈钢的裂纹增长速率.当电位控制在区域II的阳极区时,理论计算的裂纹扩展速率与实验得到的结果比较吻合.