铂纳米粒子热稳定性的原子级模拟研究

本文采用分子动力学结合嵌入原子多体势,模拟了铂纳米粒子在升温过程中的热稳定性和熔化机制,并利用共近邻分析方法分析了它的微结构演化过程。模拟的结果表明：铂纳米粒子的熔点明显低于体材料的熔点;由于表面层原子的结合力较弱,在升温过程中表面会首先出现预熔;纳米粒子的熔化是从表面层开始的,并随着温度的升高,熔化的表面层会逐渐向内部扩展,最终导致纳米粒子整体转变为液态结构;当温度低于表面预熔温度时,纳米粒子保持良好的晶态结构。     

Au-Pd共晶纳米粒子熔化行为的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合嵌入原子势, 对Au-Pd共晶纳米粒子的热稳定性进行了模拟研究. 计算结果表明: Au-Pd纳米粒子的熔点明显高于Au单质纳米粒子而低于Pd纳米粒子. 通过计算Lindemann指数发现Au-Pd共晶纳米粒子中的Au原子首先熔化, 然后带动Pd原子的熔化; 熔化所经历的温度区间明显要宽于单质纳米粒子.     

面心立方铁纳米粒子的相变与并合行为的分子动力学研究

本文采用分子动力学模拟结合Finnis-Sinclair多体势研究了面心立方铁纳米粒子在加温过程中的相变与并合行为. 模拟结果表明: 纳米粒子在熔化之前均发生了由面心立方至体心立方的马氏体相变; 大小相等的两纳米粒子在并合之前发生了相对转动; 而大小不等的两纳米粒子在并合过程中并未出现转动, 小纳米粒子倾向于吸附在大纳米粒子上, 并随着温度的升高而熔化, 最终形成更大的纳米粒子. 关键词： 纳米粒子 相变 并合 分子动力学     

Pt-Au核-壳结构纳米粒子热稳定性的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合嵌入原子势, 对Pt-Au核-壳纳米粒子的热稳定性进行了研究. 计算结果表明: Pt-Au纳米粒子的熔点明显高于Au纳米粒子而低于Pt纳米粒子. 通过计算Lindemann指数发现: 壳层中的Au首先熔化, 然后逐渐向内部扩展, 最终导致核中的Pt完全熔化; 熔化所经历的温度区间明显宽于单质纳米粒子, 而且该熔化过程呈现典型的两阶段熔化特征; 在两次熔化之间, 存在着固(核)液(壳)共存的结构. 关键词： 纳米粒子 熔化 分子动力学     

纳米MgO掺杂聚乙烯微观特性的分子动力学模拟研究

电力系统高压电缆的主要绝缘材料为聚乙烯,为了提升聚乙烯的热稳定性以及减弱水分对其的渗透能力,采用纳米MgO掺杂聚乙烯,利用分子动力学模拟方法建立包含低密度聚乙烯(LDPE)、不同颗粒半径的MgO纳米团簇以及相同质量分数水分的复合模拟模型.研究结果表明,水分会降低复合体系的玻璃化温度,MgO的掺杂则会提高复合体系的玻璃化温度,减弱聚乙烯分子链的运动并减小复合体系的自由体积,使得复合体系结构更加稳定,从而增强了聚乙烯材料的热稳定性能.此外发现水分子的扩散随着温度的上升而增大,纳米MgO的添加会与水分子形成氢键抑制水分子的扩散,同时自由体积的缩减使水分子的溶解度系数与扩散系数都减小,导致水分子的渗透能力减弱,更难以渗透进聚乙烯材料破坏其结构.研究结果可为聚乙烯的水树枝生长以及老化过程的抑制提供有益的参考.     

中空结构Pt纳米粒子热稳定性和形变的分子动力学研究

不同于实心结构纳米粒子,中空结构Pt纳米粒子具有低密度、高孔隙率和大的比表面积等特点,具有特殊的物理化学性质,在催化、光电子和药物输送领域有重要的应用.纳米粒子热稳定性和形变特性对其合成、应用具有重要的影响.利用分子动力学模拟研究中空结构Pt纳米粒子结构稳定性和形变过程,对不同壳层厚度的Pt纳米粒子进行分析,结果表明:在弛豫过程,温度为0.1 K时,壳层厚度为0.5 nm的Pt纳米粒子结构将发生形变,壳层厚度为1 nm、1.5 nm、2.0 nm、2.5 nm和3 nm纳米粒子结构保持几乎不变;升温过程,中空结构Pt纳米粒子塌缩时对应的温度随着壳层厚度增加而升高;塌缩过程所经历的温度区间很窄,空心结构短时间内突变为实心结构,另外,中空结构纳米粒子塌缩后,内部原子重新排列,仍保持有序的fcc结构.     

Zr纳米粒子内HCP-BCC堆积结构转变的分子动力学模拟

本文采用基于嵌入原子势的分子动力学方法模拟了不同粒径的Zr纳米粒子在升温过程中HCP-BCC结构转变的路径。通过对粒子在升温过程中的势能差分曲线的计算,分别确定了小粒径、较大粒径和大粒径粒子的结构转变温度区间,并使用二分法进一步确定了转变温度点。然后借助对结构转变温度点处的形状因子、键对占比和原子堆积结构随弛豫时间的变化的模拟计算,确定了驰豫过程中堆积结构的演变过程。计算结果表明,小粒径粒子存在着多个结构转变温度点,并会在较低的结构转变温度点处出现多结构共存现象,其驰豫过程就是不同结构间相互竞争的过程。随着粒径的增大,在较高温度点处虽然仍会出现多结构共存,但粒子内的大部分原子堆积为BCC结构,并且在大粒径粒子内会出现明显的界面区。     

纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学结合嵌入原子多体势,模拟了不同半径的Ni纳米团簇的升温熔化过程,研究团簇尺寸对熔点和表面能的影响.模拟结果表明:团簇的熔点显著低于体材料的熔点.团簇熔化的过程首先是在团簇的表面出现预熔,然后向团簇内部扩展,直到整个团簇完全熔为液态.在模拟的纳米尺度范围内,团簇的熔点与团簇尺寸基本成线性关系.团簇的表面能随着团簇尺寸的增大而减小,而且表面能均高于体材料的表面能.     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本采用分子动力学模拟方法，研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程，模型采用的是Johson的EAM作用势。模拟结果表明，较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加，而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化；大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象，说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象。     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法,研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程,模型采用的是Johson的EAM作用势.模拟结果表明,较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加,而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化;大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象,说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象.     

Aggregation of fullerene (C_(60)) nanoparticle:A molecular-dynamic study

We present the results of molecular dynamics simulations of net positively charged fullerene nanoparticles in salt- free and salt-added solution. The aggregation of fullerene （C60）-like nanoparticle and counterion are studied in detail as a function of temperatures and a finite salt concentration. Our simulations show that the strong conformation changes as temperature changes. The net positively-charged nanoparticles do not repel each other but are condensed under proper temperatures. If salts are added, the aggregated nanoparticles will be disaggregated due to the Debye screening effect.     

The melting mechanism in binary Pd0.25Ni0.75 nanoparticles: molecular dynamics simulations

The melting mechanism for Pd_0.25Ni_0.75 alloy nanoparticles (NPs) was investigated using molecular dynamics (MD) simulations with quantum Sutton-Chen many-body potentials. NPs of six different sizes ranging from 682 to 22,242 atoms were studied to observe the effect of size on the melting point. The melting temperatures of the NPs were estimated by following the changes in both the thermodynamic and structural quantities such as the total energy, heat capacity and Lindemann index. We also used a thermodynamics model to better estimate the melting point and to check the accuracy of MD simulations. We observed that the melting points of the NPs decreased as their sizes decreased. Although the MD simulations for the bulk system yielded higher melting temperatures because of the lack of a seed for the liquid phase, the melting temperatures determined for both the bulk material and the NPs are in good agreement with those predicted from the thermodynamics model. The melting mechanism proceeds in two steps: firstly, a liquid-like shell is formed in the outer regions of the NP with increasing temperature. The thickness of the liquid-like shell increases with increasing temperature until the shell reaches a critical thickness. Then, the entire Pd–Ni NP including core-related solid-like regions melts at once.     

低密度Ar熔化及结晶的分子动力学模拟

采用有位移力的ＬｅｎｎａｒｄＪｏｎｅｓ（１２－６）势对微正则系综下低密度Ａｒ系统（简约数密度为ρ＝０．８５）的一级相变过程进行了细致的分子动力学模拟,发现Ａｒ系统的熔化过程是原子的崩塌过程,结晶过程和理想的完整晶体不同,是一活化过程：形核长大过程随温度的降低进行,原来均匀分布在系统中的自由体积呈集中分布,由此系统达到了更稳定的结晶状态。     

不同硼掺杂几何形态下石墨烯纳米带热导率与热整流的分子动力学研究

通过非平衡态分子动力学方法,研究了锯齿形石墨烯纳米带中掺杂原子硼的两种不同位置排列（三角形硼掺杂和平行硼掺杂）对热导率和热整流的影响并从理论上分析了其变化的原因。研究表明这两种硼掺杂模型在不同温度下导致石墨烯纳米带热导率大约54％－63％的下降;同时发现平行硼掺杂结构对热传递的抑制作用强于三角形硼掺杂结构;硼掺杂结构降低热导率的作用随着温度的升高逐渐减小;三角形硼掺杂结构两个方向上的热导率值具有较大差异,这种结构下的热整流随着温度的上升呈现减弱的趋势;而平行硼掺杂结构两个方向上的热导率值近乎相等,热整流现象表现不明显。     

不同硼掺杂几何形态下石墨烯纳米带热导率与热整流的分子动力学研究

通过非平衡态分子动力学方法,研究了锯齿形石墨烯纳米带中掺杂原子硼的两种不同位置排列（三角形硼掺杂和平行硼掺杂）对热导率和热整流的影响并从理论上分析了其变化的原因。研究表明这两种硼掺杂模型在不同温度下导致石墨烯纳米带热导率大约54%-63%的下降;同时发现平行硼掺杂结构对热传递的抑制作用强于三角形硼掺杂结构;硼掺杂结构降低热导率的作用随着温度的升高逐渐减小;三角形硼掺杂结构两个方向上的热导率值具有较大差异,这种结构下的热整流随着温度的上升呈现减弱的趋势;而平行硼掺杂结构两个方向上的热导率值近乎相等,热整流现象表现不明显.     

碳化硅中点缺陷对热传导性能影响的分子动力学研究

碳化硅(SiC)由于性能优异,已广泛应用于核技术领域.在辐照环境下,载能入射粒子可使材料中的原子偏离晶体格点位置,进而产生过饱和的空位、间隙原子、错位原子等点缺陷,这些缺陷将改变材料的热物性能,劣化材料的服役性能.因此,本文利用平衡分子动力学方法(Green-Kubo方法)采用Tersoff型势函数研究了点缺陷对立方碳化硅(β-SiC或3C-SiC)热传导性能的影响规律.研究过程中考虑的点缺陷包括:Si间隙原子(Si_Ⅰ)、Si空位(Si_Ⅴ)、Si错位原子(Si_C)、C间隙原子(C_Ⅰ)、C空位(C_Ⅴ)和C错位原子(C_Si).研究结果表明,热导率(λ)随点缺陷浓度(c)的增加而减小.在研究的点缺陷浓度范围(点缺陷与格点的比例范围为0.2%—1.6%),额外热阻率(Δ_R-R_defect-R_perfect,R=1/λ,R_defect为含缺陷材料的热阻率,R_perfec...