纳米Cu颗粒等温晶化过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势,模拟了500个Cu原子(简称Cu₅₀₀) 组成的纳米颗粒的等温晶化过程.利用修正的均方位移、键对分析技术和内在结构(IS) 等方法对该过程中的结构和动力学行为进行分析研究.结果显示:与块体金属不同的是, Cu₅₀₀纳米颗粒在某一温度保温时,其晶化时间并不是一个定值, 而是存在一个统计分布,并且保温温度越低其晶化时间的分布范围越广, 最长晶化时间越长.在低温晶化时, Cu₅₀₀经历了一系列中间构型的转变才达到晶态, 表现出多步晶化的特征.文章作者研究了颗粒的初始构型对晶化进程的影响, 发现颗粒的初始结构特征和能量状态对其随后的晶化过程有着重要的影响, 同一温度下,颗粒初始构型的IS能量越低其晶化时间越长,这一点在低温时尤其明显.     

分子动力学模拟尺寸对纳米Cu颗粒等温晶化过程的影响

采用分子动力学方法和镶嵌原子势, 模拟了4000个Cu原子和13500个Cu原子(简称Cu₄₀₀₀和Cu₁₃₅₀₀)组成的纳米颗粒以及块体Cu的等温晶化过程. 通过对这些颗粒在晶化过程中结构和动力学行为的分析研究, 发现低温时, 不同尺寸的纳米Cu颗粒均出现多步晶化, 且晶化时间的分布曲线远比高温时范围大; 除了温度, 颗粒尺寸对晶化行为也有重要的影响, 尺寸越大, 晶化时间越长, 最终的晶化程度越高; 但是晶化时间随尺寸增大而增加的趋势不会一直持续, 发现存在一个临界尺寸r_c, 小于r_c时, 晶化时间随颗粒尺寸增大而增加, 大于r_c时,晶化时间随尺寸增大而减小.     

脉冲激光晶化超薄非晶硅膜的分子动力学研究

利用准分子脉冲激光晶化非晶硅薄膜是制备高密度尺寸可控的硅基纳米结构的有效方法之一.本文将脉冲激光对非晶硅超薄膜的影响处理为热传导问题,采用了基于Tersoff势函数的分子动力学方法模拟了在非晶氮化硅衬底上2.7 nm超薄非晶硅膜的脉冲激光晶化过程.研究了不同激光能量对非晶硅薄膜晶化形成纳米硅的影响,发现在合适的激光能量窗口下,可以获得高密度尺寸可控的纳米硅薄膜,进而模拟了在此能量作用下非晶硅膜中成核与生长的机理与微观过程,并对晶化所获得的纳米硅薄膜的微结构进行了分析.关键词：非晶硅分子动力学脉冲激光晶化     

分子动力学模拟组分对Co1415-xAlx团簇结构特征的影响

本文采用分子动力学模拟方法结合镶嵌原子势,研究了在200 K时二元（CoAl）1415团簇的结构随Co原子浓度的变化情况。利用径向分布函数、对分析技术和键取向序参数方法研究了微观局部结构情况,研究结果表明： （CoAl）1415团簇的组分对最终冷却结构影响较大,Co原子浓度为100%~70%的团簇表现出不完全的六角密排结构特征;Co原子浓度为50%的团簇具有局部的体心立方体结构特征;Co原子浓度为30%~10%时,表现出部分区域的二十面体和缺陷二十面体结构特征。     

分子动力学模拟组分对Co_(1415-x)Al_x团簇结构特征的影响

本文采用分子动力学模拟方法结合镶嵌原子势,研究了在200 K时二元(Co Al)1415团簇的结构随Co原子浓度的变化情况.利用径向分布函数、对分析技术和键取向序参数方法研究了微观局部结构情况,研究结果表明:(Co Al)1415团簇的组分对最终冷却结构影响较大,Co原子浓度为100%~70%的团簇表现出不完全的六角密排结构特征;Co原子浓度为50%的团簇具有局部的体心立方体结构特征;Co原子浓度为30%~10%时,表现出部分区域的二十面体和缺陷二十面体结构特征.     

聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟

应用分子模拟方法,建立了聚酰亚胺(polyimide,PI),石墨烯及羧基、氨基、羟基功能化石墨烯模型,探究了聚酰亚胺和石墨烯,聚酰亚胺和功能化石墨烯共混后复合材料的力学性能和玻璃化转变温度(T_g).研究结果表明,羧基修饰的石墨烯与PI复合后材料力学性能增加显著,其杨氏模量和剪切模量分别为4.946 GPa和1.816 GPa.不同官能团修饰的石墨烯引入PI后材料的T_g均有不同程度下降;未修饰的石墨烯与PI复合后,其T_g(559.30 K)较纯PI的T_g(663.57 K)降幅最大;而羧基修饰的石墨烯与PI复合后T_g(601.61 K)降幅最小.计算比较了PI/石墨烯复合材料体系密度、溶解度参数、相互作用能、弹性系数和氢键平均密度,研究发现羧基修饰石墨烯/PI复合材料的密度为1.396 g·cm~(-3),溶解度参数为23.51 J~(1/2)·cm~(-3/2),其相互作用能与氢键平均密度最大,弹性系数显示羧基修饰石墨烯与PI组成的复合材料内部最均匀.计算结果表明,羧基功能化石墨烯可以大幅度提高PI的力学性能,增强石墨烯与PI之间的相互作用可以减少复合材料T_g的降幅程度.此基体间相互作用的研究方法可以作为预测聚合物基纳米复合材料结构与性能的有效工具,以期为材料的设计与应用提供理论指导.     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti3Al合金拉伸过程中的晶化行为,模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理,局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并,最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象,非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度.     

Cu3Au熔体快速冷却过程微观结构演化的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟技术研究了金属间化合物Cu3Au熔体的双体分布函数g(r)在快速凝固条件下随温度的变化情况,结果表明,Cu3Au降温至700K时第二峰已发生劈裂,液态金属中已经产生了非晶态;用键对分析技术详细考察了Cu3Au中微观组团随温度的演化特点,液体中的键对数及多面体数与温度的关系都表明,Cu3Au在向非晶转变的过程中,的确发生了微观结构组态的变化,其中以液体中的缺陷多面体随温度变化最为剧烈。非晶不是过冷液态的“冻结”。     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti₃Al合金拉伸过程中的晶化行为,模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理,局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并,最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象,非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度.关键词：非晶合金变形晶化分子动力学     

单晶Cu(001)薄膜塑性变形的分子动力学模拟

使用分子动力学方法,模拟研究了单晶Cu(001)薄膜在双向等轴拉伸应变下的塑性变形行为.当应变超过一定值时,样品通过产生位错、层错及孪晶而发生塑性变形.当应变相对较低时,不全位错首先在薄膜表面形核并在密排面上滑移,留下堆积层错;当应变增加时,位错在表面与内部同时成核生长,层错数量也随之增加.分析了相邻滑移面上的位错之间相互作用形成孪晶的微观过程.材料内部形成大量堆积层错及孪晶后,较大孪晶的密排面上的原子也会发生滑移,形成孪晶内部的层错结构以释放残余应力.     

Molecular dynamics simulation of nano-scale interfacial friction characteristic for different tribopair systems

3D non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations using embedded atom potentials method (EAM) are performed to identify the dynamics processes of atomic-scale interfacial friction taking places in metal tribopairs. A block-block sliding simulation model for soft-to-hard (Cu/Fe) and soft-to-soft (Cu/Ag) tribopairs with is built. The microstructural evolution and temperature variation of the two tribopairs are analyzed at different sliding speeds. The results show that the average temperature of the two different tribopairs both increases rapidly during the transient sliding period. The different microstructural changes for the two tribopairs, including extensive plastic deformation, mechanical mixing and material transfer are observed when the temperature rapidly increases. The characteristics of the friction effects for the two tribopairs are also revealed by analyzing the friction force evolution as a function of time and velocity.     

铀的原子模型

在U价电子采用(5s4p3d4f)/[3s3p2d2f]收缩基函数,原子实采用相对论原子实势进行处理的条件下,通过B3LYP杂化交换-相关泛函对U₂分子的电子态和势能数据进行了第一性原理计算．结果表明U₂分子的基态电子态为X⁹∑⁺_g ．同时用Murrell-Sorbie解析势能函数对对势数据进行拟合．在自旋极化水平和广义梯度近似下,采用密度泛函理论(DFT)和Perdew-Burke     

Melting curves of FCC-metals by cell-theory

The cell model is developed to account for many body interaction effects, as occurring in the embedded atom method (EAM) potentials, and crystal lattice features to determine the free energy of FCC metals. The well known smearing approximation, which is generally used in conjunction with pair potentials, is also developed for EAM potentials. The free energy so obtained is used to determine melting curves of FCC metals. For this purpose, the liquid phase free energy is calculated using the corrected rigid spheres model. The advantage of our scheme, which is verified with data on Lennard-Jones solids, is that both free energies are based on the same interaction potential. Results match well with the available experimental/theoretical data for Al and Cu. A good agreement is also found for the transition metals, Ni and Pt, for which molecular dynamics as well as theories like Lindemann's law do not give accurate results. It is also found that smearing approximation, which neglects interactions beyond nearest neighbors, also provides good estimates for free energy if many body effects are accounted with EAM potential.     

Chemisorption of atomic hydrogen in graphite and carbon nanotubes

An orthogonal tight-binding model of the carbon-hydrogen interaction was modified to deal with the different hybridization states of atomic hydrogen on carbon surfaces, without explicitly including charge self-consistency. The resulting model has great flexibility and computational efficiency, generally with a good quantitative accuracy. The non-self-consistent C-H model was tested by calculating structural properties of small hydrocarbons and simple polymers, and against ab initio results of H binding to both perfect and defective graphite. The model was employed to study the chemisorption properties and dynamics of atomic hydrogen on perfect and defective surfaces of graphite and carbon nanotubes.     

金属Cu熔化结晶过程的分子动力学模拟

采用常温、常压分子动力学模拟技术,研究了在周期性边界条件下,由８６４个Ｃｕ原子构成的模型系统的熔化、结晶过程。原子间相互作用势采用ＥＡＭ势。模拟结果表明：在连续升温过程中,金属Ｃｕ在１５２０Ｋ熔化;以不同的冷速进行冷却,在较慢冷却条件下,液态Ｃｕ在１０１０Ｋ结晶;当冷速较快时,液态Ｃｕ形成非晶态。分析了升降温过程中熔体偶分布函数、原子体积、能量、ＭＳＤ随温度的变化特征。     

O_2－Ag（111）表面散射经典轨道研究

利用分子动力学方法,采用三体简化模型及刚性转子近似,模拟计算了同核双原子分子Ｏ２小角度入射Ａｇ（１１１）表面,分子碰撞诱导解离几率,结果与实验规律一致。同时也获得了入射分子取向效应及散射分子的角分布对碰撞能的依赖关系等动力学信息。     

新的相互作用势对MD模拟钙钛矿结构MgSiO3热力学性质的影响

通过分析势能曲线解释了钙钛矿结构MgSiO3熔化模拟过程中模拟熔化温度存在较大差异的原因,并进一步研究了对势参数在分子动力学模拟中的影响. 通过调整已有的经验势得到了一组新的势参数,以此来进行分子动力学研究,得到的常温常压下摩尔体积与Belonoshko和Dubrovinsky的结果符合较好,并且其状态方程、常压下热容和常压下热膨胀系数与他人的实验值都较好地吻合. 另外,所得到的熔化温度也与以前的研究进行了比较.