熔融BaB2O4急冷玻璃态结构和态密度的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了熔融BaB2O4急冷玻璃结构.模拟得到玻璃体的径向分布函数、配位数与熔体的实验结果相近.模拟结果表明,熔态和急冷玻璃态中存在大量BO3基团及少量BO4基团,而很少存在B3O6环.在分子动力学模拟产生的各瞬态构型基础上,通过正态模式分析方法,研究了Hessian矩阵元和Hessian矩阵本征值的计算方法,并统计得到了BBO玻璃体静态态密度.在分子动力学模拟产生的各瞬时速度基础上,发展了速度自相关函数及其Fourier变换程序,并计算得到玻璃体的动态态密度.模拟表明,通过各瞬态构型用Hessian矩阵计算得到的态密度也与由速度自相关函数的快速Fourier分析结果得到的态密度符合得很好.     

熔融BaB2O4急冷玻璃态光谱性质的分子动力学模拟

实验测定和分子动力学模拟研究了熔融BaB2O4急冷玻璃态结构的Raman光谱.在分子动力学模拟产生的瞬态位移和速度基础上,发展了各种相关函数及其Fourier变换和有关动力学性质的计算程序.计算得到了β-BaB2O4晶态和玻璃态的B-O键长自相关函数和O原子相对位移互相关函数,及其Fourier变换得出的Raman光谱.实验与模拟结果表明,在分子动力学模拟中调节势参数k=0.58时,计算的晶体Raman谱主峰在683cm-1,玻璃态Raman谱中BO3的主峰在768cm-1,BO4的主峰在590cm-1,与实验基本相符.模拟结果表明,玻璃体中存在大量BO3基团及少量BO4基团,虽然模拟体系中很少存在B3O6环,但模拟结果亦能大体上与β-BaB2O4的Raman光谱相符.     

数值模拟在陶瓷粉末压制成型中的应用

本文介绍了陶瓷粉末成型过程有限元数值模拟所需用的Drucker-Prager-Cap模型以及材料屈服准则,分别概述了数值模拟方法在陶瓷粉末干压法成型、冷等静压法成型中的应用进展及存在的问题,并介绍了有限元分析在成型件开裂方面的研究进展。     

纳米结构WO3薄膜气致变色特性研究进展及应用

三氧化钨(WO3)薄膜具有许多特性,是一种优良的致色材料.纳米结构WO3薄膜的着色效率高、可逆性好、响应时间短、光学调制高.综述纳米结构WO3薄膜的化学沉积法和物理沉积法.化学沉积法可制备出多孔、片状和特殊形貌纳米结构WO3薄膜.掠射角磁控溅射作为一种物理沉积方法,能够可控制备纳米柱状结构WO3薄膜.其次,介绍WO3薄膜的气致变色特性在气体传感器和智能窗等领域的应用.最后,对纳米结构WO3薄膜气致变色特性改善提出展望,并指出其目前存在的问题及未来发展趋势.     

硅晶体生长速率与过冷度关系的分子动力学模拟研究

基于Tersoff势函数描述硅原子间的相互作用,运用分子动力学方法模拟研究了不同过冷度条件下硅晶体凝固生长速率.结果发现,在一定过冷度范围内,硅晶体的生长速率随过冷度的增大而呈先快速增大后缓慢减小的趋势,并最终趋于不生长.同时,运用Wilson-Frenkel模型从理论上对硅晶体生长速率与过冷度关系进行了预测,分子动力学模拟结果与Wilson-Frenkel模型预测结果基本吻合,表明了硅晶体沿[100]方向的生长是一种扩散型生长.     

流态化多晶硅化学气相沉积过程的数值模拟

利用基于欧拉-欧拉两相流模型,建立硅烷热分解的均相和非均相反应模型,模拟了二维流态化的多晶硅化学气相沉积过程,以及硅烷、硅烯和硅沉积速率在反应器中的分布规律.模拟结果表明多晶硅的沉积主要发生在流化床中的密相区及气泡的周围,浓度相对较小的硅烯非均相反应对多晶硅沉积的贡献约为硅烷的10;.分析了硅烷入口浓度和反应温度对硅沉积速率及转化率的影响,模拟的硅沉积速率与文献中的实验数据做了比较.     

基底温度对c-Si(100)面生长a-Si∶H薄膜结构特性影响的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法模拟了不同基底温度下在硅(100)表面沉积生长氢化非晶硅薄膜的过程.Si-H体系的原子间相互作用采用Murty-Tersoff势计算.结果得到:随着基底温度的升高,a-Si∶H薄膜表面粗糙度降低,内部致密度提高,H原子、Si-H键和悬挂键密度均减少.进一步分析发现,粗糙度和致密度随基底温度变化的原因是基底温度升高增大了表面原子的扩散能力;而H原子和Si-H键等含量随基底温度升高而下降是因为高温下Si-H弱键更易断键导致.悬挂键密度随基底温度升高而降低则主要是由于内部原子的晶化率增大引起.     

基于电沉积技术的纳米晶材料晶粒细化工艺研究

纳米晶材料电沉积工艺是在传统电沉积工艺的基础上,通过控制适当的工艺条件,最终获得具有各种性能的纳米晶电沉积层的过程.研究表明,由电沉积工艺制备的纳米晶材料,晶粒细小且组织均匀,具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等特殊性能.本文分析了在电沉积过程中纳米晶形成的机理,探讨了工艺参数、复合电沉积和脉冲电沉积、有机添加剂以及采用其它工艺措施对晶粒细化过程的影响.介绍了电沉积纳米晶材料的各种性能及应用.     

垂直式MOCVD反应器中热泳力对浓度分布的影响分析

从分子动力学理论出发,推导出垂直式MOCVD反应器中热泳力和热泳速度与温度、温度梯度、压强、粒子直径的关系式,以及热泳速度与扩散速度、动量速度平衡时的关系式.在典型的生长条件下,计算得到在温度T=605K时,热泳速度与扩散速度、动量速度动量平衡,TMGa浓度达到最大.然后在不考虑化学反应和考虑化学反应两种情况下,针对垂直式MOCVD反应器内的热泳力对粒子浓度分布和沉积的影响进行数值模拟,模拟给出反应粒子在反应器不同进口温度、衬底温度时的温度分布、浓度分布和反应速率.并与文献中的实验值进行对比,模拟结果与实验值有很好的吻合.     

大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。