铁的冲击相变机制的分子动力学研究

 用分子动力学方法模拟计算了在冲击波加载条件下,单晶铁中的结构相变（由体心立方结构α相到六角密排结构ε相）,相互作用势采用铁的嵌入式原子势（EAM）,单晶铁样品的尺寸为28.7 nm×22.9 nm×22.9 nm,总原子数为1.28×10⁶个。通过推动一个运动活塞对静止靶的作用来产生冲击压缩,加载方向沿单晶铁的[100]晶向。通过对原子位置的追踪,揭示了铁的冲击相变机制,计算结果表明相变机制包括两步：首先是在{011}面上的原子受到沿〈100〉晶向的压缩,使{011}面转化成正六角形密排面;然后是在{011}面上原子沿〈0-11〉晶向的滑移,完成由bcc结构到hcp结构的相变。同时发现滑移面只出现在与冲击波加载方向平行的(011)和(0-11)面上。     

一维应变加载下单晶铁结构转变的微观研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法,模拟了单晶铁在一维应变条件下由体心立方（bcc）转变为六角密排（hcp）结构的微观过程. 当应变加载至相变临界值时,hcp相开始均匀形核并沿{011}晶面长大为薄片状体系.弹性常数C₃₁和C₃₂在相变前被逐渐硬化,C₃₃则在相变前出现软化行为;当体系完全相变后,上述各弹性常数显示开始随体积压缩而迅速硬化,温度效应对晶格具有软化作用,可削弱C₃₃的硬化和软化过程;样品在压缩过程可出现孪晶结构,孪晶结构使晶格发生剪切变形.混合相中,hcp相势能比bcc相高,最大剪应力方向与bcc相反向;系统的偏应力与hcp相质量分数近似呈线性关系. 关键词： 结构转变 分子动力学 一维应变     

γ-TiAl金属间化合物面缺陷能的分子动力学研究

运用分子动力学方法，对γ-TiAl金属间化合物的面缺陷能(层错能和孪晶能)进行了研究. 计算得到γ-TiAl不同滑移系(或孪生系)的整体堆垛层错能曲线，结果表明，γ-TiAl较一般fcc晶体结构的金属可动滑移系(孪生系)的数量减少，在外界条件下呈脆性. 研究孪生系(1/6)〈112〉{111}的弛豫的整体堆垛层错(GSF)能和整体孪晶(GTF)能曲线，对不稳定层错能γ_usf、稳定层错能γ_sf和不稳定孪晶能γ_usf值进行分析，可以预知， γ-TiAl的主要变形机理为孪生系(1/6)〈112〉{111}的孪生和普通滑移系(1/6)〈110〉{111}的滑移，以及超滑移系(1/2)〈011〉{111}的滑移. 关键词： γ-TiAl')" href="#">γ-TiAl 堆垛层错能 孪晶能 分子动力学     

铁冲击相变的分子动力学研究

用分子动力学方法模拟了单晶铁(Fe)在一定初始温度下冲击相变(α相→ε相)的微观过程，结果显示温度会导致冲击相变压力阈值降低.基于此微观过程，对加卸载波系的传播规律进行了相应计算和分析，结果表明在卸载过程中逆相变波(ε相→α相)相对于波前以当地纵波声速传播，而相对波后以亚声速传播，这可由卸载压力-密度曲线给出相应解释；计算了不同初态的卸载压力-密度状态曲线，并给出了逆相变带的分布，其分布规律显示了卸载过程逆相变的滞后现象. 关键词： 分子动力学 多体势 冲击波 相变     

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，     

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。     

冲击加载下孔洞贯通的微观机理研究

利用分子动力学方法计算模拟了沿〈100〉晶向冲击加载下单晶铜中双孔洞的贯通过程.发现孔洞周围发射剪切型位错环是孔洞塌缩和增长的原因.在拉伸阶段,孔洞首先分别独立增长,随后其周围塑性变形区开始交叠和相互作用,最后两个孔洞开始直接贯通.这种贯通模式和实验对延性材料中孔洞贯通过程的显微观察结果一致.对四种不同θ值（θ为两个孔洞中心连线与冲击加载方向之间的夹角）的模型分别进行了计算模拟,发现在相同的冲击加载强度下,θ＝0°和θ＝30°的孔洞之间没有相互贯通; 关键词： 纳米孔洞 分子动力学 冲击加载 贯通     

动态压缩下马氏体相变力学性质的微观研究

使用分子动力学方法,模拟了活塞以恒定加速运动从一端压缩单晶铁（沿［001］晶向）发生马氏体相变的微观过程.根据模拟结果将上述压缩过程分为弹性压缩、晶格软化、相变（bcc至hcp）、超应力松弛和高压相弹性压缩五个阶段,对各阶段的原子滑移规律和应力变化特征做了详细分析.分析得出应力超过约10 GPa时,开始出现弹性常数软化行为;层错结构（fcc）和孪晶界为新相形核的两种缺陷,前者更为稳定;相变后粒子首先进入超应力松弛状态（即沿加载方向的偏应力呈现负值）,在应力超过约36 GPa粒子转变为高压相弹性压缩状态. 关键词： 分子动力学 单晶铁 相变 动态压缩     

应力诱发NiAl单晶马氏体相变的分子动力学模拟

利用嵌入原子势（EAM）,对NiAl单晶在外应力作用下的动态拉伸过程进行了分子动力学模拟.应力-应变曲线分析以及原子构型分析表明外应力诱发NiAl合金发生了马氏体相变,原子结构由B2相转变为L1₀相.通过研究原子构型的演化过程,发现马氏体相变是通过多个{110}孪晶面的扩展和湮灭作用来完成的.同时探讨了马氏体相变的微观机理. 关键词： 马氏体相变 NiAl 分子动力学模拟     

单粒子半导体材料光催化活性的空间分辨表面增强拉曼光谱研究

通过块状材料溶解(BMD)方法合成了形貌规整的BiVO_4单晶样品。利用原子力显微镜联用的共焦拉曼光谱借助表面等离子增强效应从微纳尺度研究了单斜层状BiVO_4{011}和{010}晶面光催化降解行为的反应动力学过程差异,发现在{011}晶面上光催化的降解速率常数是{010}晶面的2倍。另外,光氧化探针辅助的单粒子荧光成像进一步佐证了该结果,荧光探针分子在光激发下主要在{011}晶面上被氧化。     

冲击加载下孔洞诱导相变形核分析

用分子动力学方法模拟了冲击加载(沿［001］向)下单晶Fe中孔洞诱导相变形核及生长过程,并分析了初始温度对这一生长过程的影响.数值模拟显示：1) 相变形核首先出现在孔洞周围的(110)和(110)面上,并分别沿［110］,［110］向和［110］,［110］向生长成片状,之后核的生长方向则变为沿〈111〉向,形成“V”形板条状新相颗粒;2) 在相同冲击压力下,初始温度为300 K时在新相晶核边缘出现许多核胚,生成的新相颗粒比60 K时明显减小.这些现象表明,孔洞诱导相变形核及生长过程沿着特定晶向进行,而初 关键词： 相变 孔洞 分子动力学     

单晶Cu冲击加载及卸载下塑性行为的微观模拟

使用分子动力学方法对室温下单晶铜沿［001］和［111］方向冲击加载及卸载下的塑性行为进行了模拟,得到了Hugoniot关系以及冲击熔化压力,与实验基本符合. 加载过程中,较高的初始温度有利于位错的形核与发展. 通过对冲击波在自由表面卸载过程的模拟和分析发现：卸载过程呈现“准弹性卸载行为”;沿［001］方向卸载后大量不全位错环与堆积层错消失,而沿［111］方向卸载后只有少量层错消失,部分层错甚至会发展扩大. 关键词： 分子动力学 冲击波 塑性     

Co50Ni22Ga28:Fex单晶在室温和100℃高温的超弹性研究

制备了四元铁磁性Heusler合金Co₅₀Ni₂₂Ga_{28：Fex（x＝0，1.5，2，2.5），发现材料具有很好的机械性能，在加压、 弯曲和扭曲时都展现出很好的超弹性.室温时，在压力作用下，Co50Ni22< /sub>Ga28：Fe2单晶样品在［001］和［110］方向分别具有约4%和 6.7%的完全可恢复应变.Co50Ni22Ga28：Fe1.5单晶样品在室温下沿［001］和［110］方向的应力与应变σ-ε曲线的平台部分较缓， 但升温到100℃时，σ-ε曲线中表示超弹性应变的平台变平.Co50Ni22Ga28 ：Fe2.5成分的单晶在［001］方向可得到5.5%的超弹性应 变.同时以上材料都显示出了明显的弹性各向异性. 关键词： 铁磁性Heusler合金 超弹性 50Ni22Ga28：Fex')" href="#">Co50Ni22Ga28：Fex}     

晶体非线弹性变形的原子级模拟研究

采用分子静力学结合量子修正Sutten-Chen型多体势研究了Ni单晶体在受单向拉伸和压缩载荷作用下的弹性响应.考虑了三种加载方式,即［001］,［011］和［111］单向加载.模拟的结果表明：晶体在［011］单向加载下的弹性变形表现出强烈的非线性效应,然而沿［001］和［111］单向加载时,它的横向变形表现为各向同性.进一步讨论了杨氏模量和泊松比与应变的关系,并和第一性原理计算的结果做了比较. 关键词： 晶体 弹性变形 分子静力学     

PbTe/PbSrTe半导体非对称量子阱中的Rashba效应

窄带隙半导体异质结构的自旋效应最近受到了国际上的很大关注.Ⅳ-Ⅵ族半导体具有各向异性和多能谷的特征,因此可以预期Rashba自旋效应在不同取向的Ⅳ-Ⅵ族半导体量子阱结构中存在显著差异.计算了多个取向的Pb_1-ySr_yTe/PbTe/Pb_1-xSr_xTe非对称量子阱中的Rashba分裂能,结果表明［100］取向的PbTe量子阱的Rashba分裂能在阱宽为5.0nm时 关键词： Ⅳ-Ⅵ族半导体 非对称量子阱 Rashba效应 自旋-轨道耦合分裂     

不同晶体取向下纳米压痕的多尺度模拟

采用准连续介质多尺度方法模拟面心立方金属铝单晶薄膜的纳米压痕变形过程.对薄膜分别采用三种不同的晶体取向(分别为x［1 1 1］,y［1 1 0］,z［1 1 2］; x［1 1 2］,y［1 1 1］,z［1 1 0］;x［1 1 0］,y［0 0 1］,x［1 1 0］),得到载荷-位移响应曲线.加载过程中,对晶体内部变形比较剧烈的部分画出原子图,并从微观角度分析产生剧烈变形的原 关键词： 纳米压痕 准连续介质方法 晶体取向 位错成核