B2-NiAl纳米薄膜厚度对其弹性性能影响的模拟研究

本文应用分子动力学(MD)技术和改进分析型嵌入原子模型(MAEAM)研究B2-NiAl纳米薄膜有关弹性性能的尺寸效应和表面效应. 首先计算块体B2-NiAl合金的弹性性能和该类薄膜的厚度尺寸对其表面能的影响, 发现块体B2-NiAl薄膜的弹性性能与已有的实验和理论计算结果接近, 而薄膜表面能仅与表面原子组分有关, 基本不受其厚度尺寸的影响. 在此基础上, 重点研究了纳米薄膜的弹性性能随其厚度尺寸变化关系, 发现所有纳米薄膜弹性性能都随其尺寸增加而呈指数变化, 并受表面原子组分调控. 并进一步分析尺寸影响纳米薄膜弹性性能的内在机理, 发现纳米薄膜的晶面间距偏离和表面是影响其弹性性能随尺寸变化的主要因素, 并与以前实验和理论研究结果相符合.     

表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响

纳米线电极在充/放电过程中引起电极的屈曲失稳行为可能会对结构造成力学损伤.本文针对纳米线电极结构,建立了包含锂扩散、应力、浓度影响弹性模量的多场耦合理论模型.基于构建的模型,研究了表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响.结果表明表面效应能够提高纳米线电极的抗屈曲性,延迟纳米线电极的临界屈曲时间.同时,表面效应的影响表现出半径尺寸和长细比的依赖性,即随着电极半径尺寸的增大而减小,而随着电极长细比的增大而增大.此外,模型还显示,在有表面效应的条件下,相对于弹性硬化属性的纳米线电极,具有弹性软化属性的电极因为具有更好的抗失稳性而更适宜作为电极材料.研究结果为纳米线电极的力学可靠性设计提供了一定的帮助.     

尺寸相关的弹性常数对应变硅纳米线电学性质的影响

从Keating模型出发,基于离散化思想建立了计算单晶硅纳米线弹性常数和杨氏模量的半连续原子晶格力学模型. 从微扰理论和形变势理论出发,采用有限差分方法建立了计算不同晶向应变硅纳米线价带结构的数值模型. 结合上述的两个计算模型,进而应用经典弹道传输模型研究了轴向应力和弹性常数对p型硅纳米线弹道晶体管电学特性的影响. 研究结果表明,硅纳米线的弹性常数和杨氏模量呈现尺寸效应,该结果与分子动力学的模拟结果具有很好的一致性. 同时发现尺寸相关的弹性常数对硅纳米线晶体管输运电流的影响强烈依赖于单轴应力对输运电流的影 关键词： 应变硅纳米线 弹性常数 弹道电流 价带结构模型     

分子动力学研究表面缺陷对硅纳米线杨氏模量的影响

硅纳米线因受量子尺寸效应与表面效应的影响而具有奇特的力、电及其耦合特性,成为了纳米电子器件的核心构件.然而在硅纳米线的制备过程中,表面产生缺陷不可避免.因此本文采用分子动力学方法着重研究了表面缺陷浓度对不同横截面形状(正方形、六角形和三角形)的[110]晶向和[111]晶向硅纳米线杨氏模量的影响.研究结果表明,当硅纳米线仅有单一表面缺陷时,不同晶向硅纳米线的杨氏模量均随表面缺陷浓度增加而迅速单调减小.当表面缺陷浓度为10%时,杨氏模量的减小幅度在10%-20%之间,减小幅度的差异与硅纳米线的晶向以及横截面形状密切相关.当存在多个表面缺陷时,杨氏模量随着缺陷浓度的增加表现出了不同程度的波动趋势.三角形截面硅纳米线的杨氏模量波动幅度最大,正方形截面的波动较小,即表面缺陷分布的不同对正方形截面硅纳米线的杨氏模量影响较小,这表明表面缺陷的影响与其分布及硅纳米线的横截面形状密切相关.通过与实验结果对比,本文的研究结果揭示了表面缺陷是导致硅纳米线杨氏模量实验值变小的重要因素,因此在表征硅纳米线的力学性能时,需要考虑表面缺陷的影响.     

Al原子在Ni基衬底表面的扩散及团簇的形成

Ni Al纳米颗粒具有较高的能量密度和良好的高温力学性能,铝吸附原子在不同镍基表面上的扩散行为与不同扩散机制对铝在镍基表面沉积生长的影响有待进一步阐明.本文通过采用肘弹性带和分子动力学结合嵌入原子势的方法,系统地研究了单个铝吸附原子在镍基表面的扩散行为和纳米颗粒团簇在十面体(DEC)、立方八面体(CUB)和二十面体(ICO)结构上的生长.研究结果表明:Al吸附原子在三种Ni基底上表面扩散的交换与跳跃两种机制,最低的Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒为0.38 e V (交换CUB{111}→100})、0.52 e V (交换DEC{111}→100})和0.52 e V (跳跃ICO{111}→111}),从{111}面扩散到{100}面主要以交换机制为主,而相邻两个{111}面之间的扩散则以跳跃机制为主.沉积的铝原子首先倾向于扩散到台阶边缘和顶点附近.随着Al原子数量的增加,沉积的Al原子开始聚集.对于Ni团簇上的Al原子,在较低温度下在镍基底表面沉积Al原子,可以获得良好的Ni核/Al壳结构.对于二十面体结构基底,其对应的核壳团簇的缺陷数最小,随后为十面体结构和八面体结构.随着生长温度的增加Ni Al纳米粒子的表面逐渐开始合金化.     

纳米镍粉体的晶格膨胀

采用阳极弧放电等离子体技术成功制备了各种不同晶粒尺寸的纳米镍粉体材料，并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(SAED)等测试手段对所制备的样品的晶体结构、晶格参数、形貌、粒度进行性能表征. 实验结果表明：阳极弧等离子体法制备的镍纳米粉的晶体结构与相应的块物质相同，为fcc结构的晶态. 不同晶粒尺寸的纳米镍粉体的晶格常数均大于完整单晶镍的晶格常数，晶格畸变表现为晶格膨胀. 晶格常数和晶胞体积随着晶粒尺寸的减小而增大，晶格畸变量与晶粒尺寸的倒数成正比. 镍纳米粉体的晶格膨胀主要是由于受到表面能和表面张力的作用而引起的，可以利用纳米晶体的热力学理论作定性解释. 关键词： 镍纳米粉体 晶格常数 晶格膨胀 晶胞体积     

表面钝化对ZnO纳米线压电性的影响

本文利用第一性原理方法,研究了四种表面钝化对六角形[001]方向ZnO纳米线压电性质的影响. 研究发现,在50%H/50%Cl和50%H/50%F两种钝化中,体积效应和表面效应都起到了增强压电性的作用. 而在100%H和100%Cl的两种钝化中,表面效应被弱极化的表面电荷屏蔽,不能起到增强压电性的作用. 此外,结果还揭示了体积效应和表面效应的竞争使得实验上不能观察到ZnO纳米线压电性的直径依赖现象,并提出了利用表面钝化缩小纳米线轴向晶格常数或增大表面极化来提高压电性的方法.     

表面钝化对ZnO纳米线压电性的影响（英文）

本文利用第一性原理方法,研究了四种表面钝化对六角形[001]方向ZnO纳米线压电性质的影响.研究发现,在50%H/50%Cl和50%H/50%F两种钝化中,体积效应和表面效应都起到了增强压电性的作用.而在100%H和100%Cl的两种钝化中,表面效应被弱极化的表面电荷屏蔽,不能起到增强压电性的作用.此外,结果还揭示了体积效应和表面效应的竞争使得实验上不能观察到ZnO纳米线压电性的直径依赖现象,并提出了利用表面钝化缩小纳米线轴向晶格常数或增大表面极化来提高压电性的方法.     

Al元素含量对高熵合金Al_xFeTiCrZnCu力学性能的影响

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA),用虚拟晶体近似(VCA)的方法建立高熵合金的固溶结构模型,计算了高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的结构性能、弹性性能和生成热.计算结果表明,Al_xFeTiCrZnCu高熵合金的密度随着Al元素含量的增加而减小,晶格常数在Al元素摩尔含量为1时最小. Al元素含量的增加能提高高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的力学稳定性.基态总能量和生成热都随着Al元素含量的增加而增加,但是合金系的稳定性和热力学稳定性有所下降.     

Al元素含量对高熵合金Al_xFeTiCrZnCu力学性能的影响

采用第一性原理密度泛函理论，结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA)，用虚拟晶体近似(VCA)的方法建立高熵合金的固溶结构模型，计算了高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的结构性能、弹性性能和生成热.计算结果表明，Al_xFeTiCrZnCu高熵合金的密度随着Al元素含量的增加而减小，晶格常数在Al元素摩尔含量为1时最小.Al元素含量的增加能提高高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的力学稳定性.基态总能量和生成热都随着Al元素含量的增加而增加，但是合金系的稳定性和热力学稳定性有所下降.     

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。     

Fabrication of CoFe_2O_4 ferrite nanowire arrays in porous silicon template and their local magnetic properties

CoFe_2O_4 ferrite nanowire arrays are fabricated in porous silicon templates. The porous silicon templates are prepared via metal-assisted chemical etching with gold(Au) nanoparticles as the catalyst. Subsequently, CoFe_2O_4 ferrite nanowires are successfully synthesized into porous silicon templates by the sol–gel method. The magnetic hysteresis loop of nanowire array shows an isotropic feature of magnetic properties. The coercivity and squareness ratio(M_r/M_s) of ensemble nanowires are found to be 630 Oe(1 Oe = 79.5775 A·m~(-1) and 0.4 respectively. However, the first-order reversal curve(FORC) is adopted to reveal the probability density function of local magnetostatic properties(i.e., interwire interaction field and coercivity). The FORC diagram shows an obvious distribution feature for interaction field and coercivity. The local coercivity with a value of about 1000 Oe is found to have the highest probability.     

高能电子辐射下聚四氟乙烯深层充电特性

介质深层充放电现象是诱发航天器异常故障的重要因素之一.分析了高能电子辐射下介质内部电荷沉积、能量沉积特性和电导特性,考虑了真空与介质界面电荷对电场分布的影响,建立了介质二维深层充电的物理模型,并基于有限元方法实现了数值计算.计算了高能电子辐射下聚四氟乙烯的深层充电特性.结果表明:真空环境下,介质的表面存在较弱的反向电场,随着介质深度增大,电场减小至零,随后逐渐增大,最大值出现在靠近接地附近,但在接地点,电场存在小幅降低.分析了不同辐射时间下(1 h,1 d,10 d和30 d),介质内部最大电位和最大电场的时空演变特性.随着辐射时间的增加,最大电位由-128V增加至-7.9×104V,最大电场由2.83×105V·m-1增加至1.76×108V·m-1.讨论了入射电子束流密度对最大电场的影响,典型空间电子环境(1×10-10A·m-2)下,电子辐照10 d时,介质内部最大电场为2.95×106V·m-1.而恶劣空间电子环境(2×10-8A·m-2)下,电子辐射42 h,介质内部最大电场即达到108V·m-1,超过材料击穿阈值(约为108V·m-1),极易发生放电现象.该物理模型和数值方法可以作为航天器复杂部件多维电场仿真的研究基础.     

InOOH压致氢键对称化及其弹性性质

利用第一性原理研究了InOOH在高压下的氢键对称化行为及其对InOOH弹性等性质的影响.结果表明约在18 GPa时InOOH中的氢键发生了对称化转变,导致轴比率b/c对压力的斜率由负值变为正值;压缩弹性常数、非对角弹性常数、体积模量和纵波波速出现异常增加,如体积模量增加了20%—40%.高压下InOOH弹性性质呈现出更加明显的各向异性.常压下InOOH呈现韧性,且伴随着氢键对称化韧性异常增加.对畸变金红石型MOOH(M=Al,In,Ga,Fe,Cr)化合物在高压下的弹性性质转变与氢键性质转变的耦合规律进行了初探.     

片上制备横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合, 片上制备了横向结构氧化锌(ZnO)纳米线阵列紫外探测器件, 纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间, 再除去斜向的多余纳米线, 其余工艺步骤与传统工艺相同. 分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构: 由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用, 导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极, 光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应, 光电流大但增益低, 响应速度慢, 经二次电极加固, 纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触, 光电响应方式变为光伏效应, 增益和速度得到了极大改善; 由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用, 导致溶质资源的竞争, 相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧, 而是交叉桥接, 但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理, 得到的器件特性为最优, 在波长为365 nm的20 mW/cm²紫外光照下, 1 V电压时暗电流为10^-9 A, 光增益可达8×10⁵, 响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.     

The elastic properties and energy characteristics of Au nanowires: an atomistic simulation study

This paper have performed molecular static calculations with the quantum corrected Sutten Chen type many body potential to study size effects on the elastic modulus of Au nanowires with [100], [110] and [111] crystallographic directions, and to explore the preferential growth orientation of Au nanowires. The main focus of this work is the size effects on their surface characteristics. Using the common neighbour analysis, this paper deduces that surface region approximately consists of two layer atoms. Further, it extracts the elastic modulus of surface, and calculate surface energy of nanowire. The results show that for all three directions the Young＇s modulus of nanowire increases as the diameter increases. Similar trend has been observed for the Young＇s modulus of surface. However, the atomic average potential energy of nanowire shows an opposite change. Both the potential and surface energy of [110] nanowire are the lowest among all three orlentational nanowires, which helps to explain why Au nanowires possess a [110] preferred orientation during the experimental growth proceeds.     

Size dependent ultrasonic properties of InN nanowires

The ultrasonic properties of single crystalline indium nitride nanowires (InN NWs) are studied for wire size (diameter) 6–100 nm at 300 K following the interaction potential model. Ultrasonic attenuation, ultrasonic velocity, acoustic coupling constant and thermal relaxation time are calculated using higher order elastic constants and thermal conductivity of the nanowires. The analysis of size dependent thermal relaxation time and ultrasonic properties shows that above the 20 nm diameter, InN nanowire tends towards its bulk material property. The third order polynomial is found to be best fit for size variation of thermal relaxation time. The ultrasonic attenuation as a function of size of the nanowires is found to be mainly affected by the thermal conductivity of the nanowires of different sizes.     

双沟4H-SiC MESFET优化结构的解析模型及性能

优化双沟4H-SiC MESFET结构,通过求解一维和二维泊松方程,建立优化结构的解析模型,分析这种结构的直流和交流特性.结果表明,饱和电流密度的计算结果与实验一致,结构优化后4H-SiC MESFET的饱和电流密度和击穿电压分别为420μA·μm^-1和155 V,明显高于优化前的275μA·μm^-1和141 V;最高输出功率密度为7.4 W·mm^-1,比优化前提高约64%;截止频率和最高振荡频率比优化前略微提高.双沟结构经优化后其交流小信号特性未退化而功率特性获得明显改善.     

多壳层铜纳米线结构和电子特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,系统地研究了多壳层Cu纳米线的稳定结构和电子特性.得到不同线径多壳层Cu纳米线的平衡态晶格常数相差不大,都表现出金属特性,且其单原子平均结合能和量子电导随着纳米线直径的增加而增加.纳米线中内壳层Cu原子表现出体相结构Cu原子相似的电子特性,而表面壳层由于配位数的减少,其3d态能量范围变窄且整体向费米能级发生移动.电荷密度分析表明,相对于体相Cu晶体中原子间的相互作用,纳米线表面壳层Cu原子与其最近邻原子间的相互作用明显增强.     

悬空氧化铟纳米线晶体管制备与光电性能表征

一维(1D)半导体纳米线在纳米电子学和纳米光子学中表现出色.然而,纳米线晶体管的电特性对纳米线与衬底之间的相互作用非常敏感,而优化器件结构可以改善纳米线晶体管的电学和光电检测性能.本文报道了通过一步式光刻.