纳米单晶铜薄膜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

固体的断裂过程贯通宏、细、微观多个层次尺度，涉及固体力学、材料科学与物理学等领域。细观破坏过程的4种基本构元(孔洞、微裂纹、界面失效、变形局部化等)的起源和演化描述必须在微(纳)观尺度才能完全阐明。从原子尺度运用分子动力学技术模拟纳米单晶铜薄膜中孔洞在拉伸作用下的力学行为和动态断裂过程。     

纳米单晶铜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了拉伸状态下纳米单晶铜中孔洞的力学行为。通过与无孔纳米单晶铜块体弹性性能的比较，可知小孔使纳米单晶铜的弹性模量显下降。弹性阶段，有孔单晶铜中无位错产生；超过其弹性极限后，位错线从四周向有孔单晶铜内部发射，位错滑移为其主要变形机制。     

纳米单晶铜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了拉伸状态下纳米单晶铜中孔洞的力学行为.通过与无孔纳米单晶铜块体弹性性能的比较,可知小孔使纳米单晶铜的弹性模量显著下降.弹性阶段,有孔单晶铜中无位错产生;超过其弹性极限后,位错线从四周向有孔单晶铜内部发射,位错滑移为其主要变形机制.     

纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟了纳米单晶铜薄膜在单向拉伸载荷作用下的塑性变形过程, 重点分析了空位型缺陷的形核过程和演化机理. 在模拟过程中, 采用镶嵌原子势描述原子间的相互作用. 模拟结果表明纳米铜薄膜中塑性变形起源于位错的表面形核, 而空位型缺陷的形核及演化都与晶体内部的位错运动密切相关. 空位型缺陷通常从位错割阶及层错交截处开始形核, 以单空位、层错四面体和不规则空位团等形式存在. 关键词： 纳米薄膜 塑性变形 空位 层错四面体     

分子动力学模拟铜薄膜的热导率

采用分子动力学(MD)方法模拟铜薄膜的热导率,给出了厚度在100~400nm、温度在100~600K范围内铜薄膜热导率对尺寸及温度的依赖关系.     

铜/金纳米涂层在温度梯度下的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法溅射制备和理想化建模得到调制周期为1.8 nm铜/3.6 nm金的纳米涂层样本,并研究涂层结构在温度梯度作用下的相关特性。结果表明不同纳米涂层在过渡界面处均存在共格生长界面层结构,其中溅射制备得到的涂层中存在一定的空位缺陷。这些缺陷将阻碍纳米涂层中的能量传递。同时共格生长界面层中的晶格失配和空位缺陷使得过渡界面层中粒子的活动能力增大,可能造成涂层在热应力作用下的失效。涂层中粒子运动功率图谱表明声子传递无明显规律。     

聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、 热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明, 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构, 铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定, 铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高, 随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢, 在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大, 比聚酰亚胺体系的热压力系数更小, 且随温度升高而减小的程度要小得多. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应, 温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比, 随温度升高分别减小和增大, 与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反, 且杨氏模量的温度稳定性显著提高, 同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小, 具有明显的尺度效应. 加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 聚酰亚胺 纳米颗粒     

铜-铝扩散焊及拉伸的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了铜-铝扩散焊过程，分析了理想平面铜-铝试件(001)晶面间扩散焊的过渡层厚度，并利用径向分布、键对分析方法分析了在不同的降温速率下过渡层的结构变化.降温速率大时，过渡层保持原有无序结构，降温速率小时，过渡层从无序结构向面心立方结构转变.还对扩散焊后的铜-铝试件进行了拉伸模拟，并与尺寸大小相近的单晶铜和单晶铝的拉伸模拟结果进行比较.结果发现焊接后的强度比单晶铝和单晶铜的强度都要小，最大应变值也小.     

纳米铝杆拉伸过程的分子动力学模拟

应用嵌入原子势(EAM)和分子动力学方法对纳米单晶铝杆在外载荷作用下的原子滑移、位错等形变行为做了一些现象分析和研究.研究发现在势能曲线有明显抖动的地方对应的时间步刚好有滑移产生,说明滑移机制在纳米铝杆塑性变形过程中起着非常重要的作用.     

纳米多孔氩薄膜热导率的分子动力学模拟

利用经典的Lennard-Jones势能模型,采用分子动力学模拟方法研究纳米多孔氩薄膜热导率.结果表明,纳米多孔氩薄膜热导率明显小于同温度下纯纳米氩薄膜热导率,并且孔隙率越大热导率减小越多.借助基于并联方法的有效热导率模型,对纳米多孔氩薄膜的热导率随孔隙率的变化进行解释.模拟结果还发现,薄膜内的多孔分布对薄膜的热导率有影响.     

Mo纳米薄膜热力学性质的分子动力学模拟

采用改进嵌入原子法(MAEAM),通过经典的分子动力学(MD)模拟计算了高熔点过渡金属体心立方(bcc) Mo块体Gibbs自由能和表面能. 对于纳米薄膜的热力学数据,比如Gibbs自由能等,可以看成是薄膜内部原子和表面原子两部分数据之和,然后根据薄膜的体表原子之比就可以直接计算出总的自由能,并由此可以得到热力学性质与薄膜尺寸及温度的定量关系式. 分别计算了bcc Mo块体及其纳米尺寸薄膜的自由能和热容,结果表明,Mo纳米薄膜的热力学性质具有尺寸效应,并且在薄膜尺寸小于15—20nm时,这种效应变得非常明 关键词： 改进嵌入原子法 Mo纳米薄膜 表面自由能 热容     

纳米铝杆拉伸过程的分子动力学模拟

本文主要应用嵌入原子势（EAM）和分子动力学方法对纳米单晶铝杆在外载荷作用下的原子滑移、位错等形变行为做一些现象分析和研究。发现在势能曲线有明显抖动的地方对应的时间步刚好有滑移产生,滑移机制在纳米铝杆塑性变形过程中起着非常重要的作用。     

纳米多晶铜微观结构的分子动力学模拟

基于EAM镶嵌原子势函数,采用分子动力学模拟了零温下纳米多晶铜的微观结构.首先用Voronoi几何方法构造了5个纳米多晶铜数值模型,在300K弛豫50ps并退火至0K.然后分析零温下弛豫模型的径向分布函数、原子能量、配位数、原子Voronoi体积、以及本征应力分布 关键词： 纳米多晶铜 微观结构 分子动力学     

电场作用下过冷水形核的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了过冷水的结构和形核过程随电场强度变化的情况。对系统微观结构的分析显示在电场强度为0～10~(10)V/m范围内,处于200K的过冷水在5 ns时间内不足以发生形核,只有当电场强度增加到10~(11) V/m或者温度降低到100K时系统才能在5 ns内发生形核。模拟结果表明电场强度的改变对系统中水分子团簇的微观结构有明显影响,电场强度的增加能促进系统的短程有序性。     

TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟

采用平衡分子动力学方法及Buckingham势研究了金红石型TiO₂薄膜与闪锌矿型ZnO薄膜构筑的纳米薄膜界面沿晶面[0001](z轴方向)的热导率.通过优化分子模拟初始条件中的截断半径r_c和时间步后,计算并分析了平衡温度、薄膜厚度、薄膜截面大小对热导率的影响.研究表明,薄膜热导率受薄膜温度和厚度的影响很大,当温度由300 K升高600 K时,薄膜的热导率逐渐减小;当薄膜厚度由1.8 nm增大到5 nm时,热导率会逐渐增大;并在此基础 关键词： 热导率 分子动力学 2/ZnO纳米薄膜界面')" href="#">TiO₂/ZnO纳米薄膜界面 数值模拟     

金刚石表面无定形碳氢薄膜生长的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了CH₂基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程. 结构分析表明, 得到的无定形碳氢薄膜中碳原子的局域结构(如C–C第一近邻数)与其中氢原子的含量密切相关. CH₂ 基团入射能量的增加会导致得到的薄膜的氢含量降低, 从而改变薄膜中类sp³成键碳原子的比例.     

分子动力学模拟纳米晶体铜的结构与性能

通过分子动力学方法模拟纳米面心立方晶体铜的结构，并对模拟的结果进行了不同晶粒尺寸的纳米晶体的密度、能量分布以及弛豫前后的X射线衍射、径向分布函数等计算.结果表明，大体积分数的晶界和畸变的晶粒是纳米晶体有别于传统的粗晶粒晶体材料结构的重要方面，由此导致纳米晶体一系列不同性能. 关键词：     

铝纳米颗粒的热物性及相变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纳米金属铝在粒径为0.8-3.2 nm 时的熔点、密度和声子热导率的变化, 研究了粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、比热和声子热导率随温度的变化. 采用原子嵌入势较好地模拟了纳米金属铝的热物性及相变行为, 根据能量-温度曲线和比热容-温度曲线对铝纳米颗粒的相变温度进行了研究, 并利用表面能理论、尺寸效应理论对铝纳米颗粒熔点的变化进行了分析. 随着纳米粒径的不断增大, 铝纳米颗粒的熔点呈递增状态, 当粒径在2.2-3.2 nm时, 熔点的增幅减缓, 但仍处于递增趋势. 随着纳米粒径的增大, 铝纳米颗粒的密度呈单调递减, 热导率则呈线性单调递增, 且热导率的变化情况符合声子理论. 随着温度的升高, 粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、热导率均减小. 该模拟从微观原子角度对纳米材料的热物性进行了研究, 对设计基于铝纳米颗粒的相变材料具有指导意义.     

基于分子动力学模拟的铜晶面石墨烯沉积生长机理

化学气相沉积法是大面积、高质量石墨烯沉积制备实践中的重要方法.本文采用分子动力学仿真技术,模拟了利用化学气相沉积法在铜(111)晶面制备石墨烯的过程,研究揭示了石墨烯在铜(111)晶面上的微观生长机理.研究结果表明:石墨烯的沉积生长可描述为第一阶段的二元碳、三元碳和碳链形成阶段,以及第二阶段的碳环生成以及缺陷愈合阶段.研究发现沉积过程中的高温能够给碳原子提供足够的能量,使其越过两个阶段之间的能量障碍,实现石墨烯的沉积生长.探究了温度与碳沉积速率对石墨烯的影响,发现温度的影响主要体现在石墨烯的缺陷以及表面平整度两个方面.在1300 K的温度下生长的石墨烯缺陷较少,平整度最好.碳沉积速率会影响石墨烯生长过程中出现的缺陷,仿真获得了石墨烯最佳表面平整度时的碳沉积速率为5 ps^–1.本文的研究结果对铜基底表面化学气相沉积法制备石墨烯的实际应用具有指导意义.     

纳米铝热剂Al/SiO_2层状结构铝热反应的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法和反应力场势函数研究了Al/SiO_2层状纳米体系的铝热反应,模拟了在不同初始温度下(600,700,800,900,1000和1100 K)绝热反应的结构变化和能量性质,发现Al/SiO_2体系的铝热反应是自加热的氧化还原反应,当初始温度为900和1000 K时,Al经历了熔化前的一个临界状态,与SiO_2的铝热反应比较活跃,系统温度随着反应时间的增加不断升高,当初始温度为600,700,800和1100 K时,初始温度越高,在Al和SiO_2界面形成的Al-O层越薄,系统发生铝热反应达到的最终绝热温度越高,所用的时间(有效反应时间τ)越短,即界面扩散阻挡层的厚度对铝热反应的自加热速率产生了影响,初始温度为600,700,800,1100K时的自加热速率分别为3.4,3.5,4.7和5.4K/p8.A1/SiO_2体系的铝热反应析出了Si单质,与实验结果相符合。