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     

基于修正的Gruhn-Hess两体势模型研究弯曲形变向列相液晶盒

使用修正的Gruhn-Hess空间各向异性两体势模型研究弯曲形变向列相液晶盒.为了易与弹性理论的结果进行比较,做单一弹性常数近似.在理想有序条件下,对模型进行连续化处理,截断到形变的二阶项,给出的自由能密度公式与含k₁₃项的弹性理论公式一致.使用模型直接研究强锚泊弯曲形变向列相盒,没有出现弹性理论给出的边界处不连续.通过Monte Carlo模拟研究发现,两体势中的k₁₃项将加剧弯曲盒中间层的涨落.     

层厚度和应变率对铜-金复合纳米线力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学模拟方法, 研究了层厚度和应变率对铜-金多层复合纳米线在均匀拉伸载荷下力学性能的影响, 并分析了铜-金位错成核机理. 研究结果表明, 随着铜-金层厚度的增加, 复合材料的屈服强度也随之增大; 高应变率时复合材料的力学性能比低应变率时要强, 低应变率的塑性形变主要是位错运动和孪晶形变, 而高应变率主要以单原子运动为主, 表现出了非晶化. 该研究对制备高性能的多层复合材料提供了一定的理论依据.     

二元Ni-Al合金极端条件下的弹性和热力学性能：全电子准谐波近似 cited: 1)

通过在原子尺度上建模来研究Al、NiAl和Ni₃Al合金在极端高温和高压下的点阵常数、弹性常数、弹性模量、泊松比和弹性各向异性因子等性质．计算得到的弹性常数均满足相应的力学稳定条件．由于NiAl和Ni₃Al具有较高的B=G值,在0～30 GPa内都属于延展性材料．通过包含电子热运动对体系吉布斯自由能贡献的全电子准谐近似方法,得到了高温高压下Al、NiAl和Ni₃Al合金的热膨胀系数、体积模量、热容和熵等．计算值与已有的实验值和理论值符合较好     

应变加载下Si纳米线电输运性能的原位电子显微学研究

半导体纳米材料超大的弹性极限使其物理性能具有很宽的调谐范围,被认为是应变工程理想的研究材料,引起了人们广泛的关注.本研究中,利用聚焦离子束技术从p型Si的单晶薄膜上切割出?100?取向的单根纳米线,在透射电子显微镜中利用纳米操控系统对其加载弯曲形变,同时实时监测其电流-电压曲线的变化,研究弯曲应变对其电学性能的影响.结果表明,随着应变的增大,纳米线输运性能明显增强,当应变接近2%时,输运性能随应变的提升接近饱和;当应变达到3%以后,输运性能有时会略微下降,这可能由塑形事件导致的.本实验结果可能会对Si应变工程起到重要的参考意义.     

用X射线形貌术测定晶片的曲率

人区培育的晶体或天然的晶体一般都带有一定程度的应变.用单晶体制作器件时,往往又需加工成较薄的晶片.通过各种工序,晶片受到机械、高温等的作用,将进一步产生范性或弹性形变.过大的形变会影响器件的性能,甚至不能使用.因此,对不同工艺过程中的晶片或经过使用的成品晶片,进行弯曲形变程度的非破坏性定量测定是十分必要的. Juleff[1]曾对硅单晶器件晶片的单轴均匀弯曲用X射线形貌照相法作过测量.Cohen[2]曾用双晶衍射仪测定晶片弯曲.这些方法分析了单轴均匀弯曲且弯曲轴垂直于仪器水平面的情形.本文对适用性强而又简匣的透射形貌术用于星…     

纳米粒子与单晶硅表面碰撞的反弹机理研究

应用分子动力学方法模拟了纳米粒子与单晶硅(001)表面碰撞、反弹飞离的现象，分析了粒子的反弹行为、基体弹性形变和塑性形变的原子构型特征，以及碰撞过程的能量转化.碰撞后单晶硅表面形成半球形的小坑，小坑周围的基体原子呈非晶态.碰撞过程中与颗粒相邻的基体原子立即非晶化，在非晶层外面基体以可恢复的(111)［110］滑移结构存储弹性形变能.在射入过程，基体发生压缩弹性形变；颗粒反弹时基体势能振荡下降,交替形成压缩形变构型和拉伸形变构型.射入过程中存贮的压缩弹性形变能的释放为颗粒提供了反弹、飞离的能量. 关键词： 碰撞 纳米粒子 单晶硅表面 分子动力学模拟     

FeCoCrCuNi高熵合金裂纹及孔洞结构力学与微观构象演化机理的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学方法研究了FeCoCrCuNi高熵合金裂纹及孔洞模型结构在不同轴向拉伸应变速率下的力学与微观结构演化机理. 结果表明：应变速率越高FeCoCrCuNi裂纹结构对应更高的过冲应变和过冲应力,其主要原因是高拉伸速率会导致高强度的BCC结构及孪晶结构的生成,而BCC结构及孪晶结构的产生进而会抑制应力的下降,通过应力-应变曲线,可知FeCoCrCuNi裂纹模型在轴向应力作用下表现为塑性形变. 对于不同尺寸的孔洞FeCoCrCuNi裂纹模型的应力模拟与结构分析,可以得出：孔洞尺寸越大, FeCoCrCuNi裂纹结构对应的过冲应变和过冲应力越小,其主要原因是大尺寸的孔洞造成孔洞之间产生裂纹的,进而会影响这个材料的屈服应变和屈服强度.     

Ni53.2Mn22.6Ga24.2单晶的两步热弹性马氏体相变及其应力应变特性

对具有两步完全热弹性的Ni_53.2Mn_22.6Ga_24.2单晶的物性采用多种测量手段进行了表征,特别研究了不同温度下的应力-应变特性.研究表明,热诱发的中间马氏体相变应变远大于马氏体相变应变.在较低的形变温度下,沿单晶母相［001］方向的压应力诱发的是两步马氏体相变,材料表现出赝弹性;在较高的形变温度下,只能观察到一步马氏体相变,材料展现出完全超弹性特性.此外,利用热力学理论分别计算了诱发马氏体相变和中间马氏体相变的临界应力与形变温度的关系,与实验测量得到的结果相符. 关键词： 马氏体相变 形状记忆效应 应变 超弹性     

球状物体作微形变时弹性势能的研究

研究一个弹性球在保持体积不变的前提下,形变为长旋转椭球时的弹性势能.首先通过最小势能原理和物理条件确定位移函数,然后根据弹性势能密度-应变-位移三者之间的关系,通过积分计算得到弹性势能,并且进行了有益的讨论.     

FeCoCrCuNi高熵合金裂纹及孔洞结构的力学与微观构象演化的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟研究了FeCoCrCuNi高熵合金裂纹和孔洞结构在不同轴向拉伸速率下的力学与微观结构演化机理.结果表明:应变速率越高FeCoCrCuNi裂纹结构对应更高的过冲应变和过冲应力,其主要原因是高拉伸速率会导致高强度的BCC结构及孪晶结构的生成,而BCC结构及孪晶结构的产生进而会抑制应力的下降,通过应力-应变曲线,可知FeCoCrCuNi裂纹模型在轴向应力作用下表现为塑性形变.对于不同尺寸的孔洞FeCoCrCuNi裂纹模型的应力结构分析,可以得出:孔洞尺寸越大, FeCoCrCuNi裂纹结构对应的过冲应变和过冲应力越小,其主要原因是大尺寸的孔洞造成孔洞之间产生裂纹的,进而会影响这个材料的屈服应变和屈服强度.     

高分子液晶条带织构的计算机模拟

首先建立了描述液晶畸变的Frank自由能的向量形式与张量形式之间的关系 ,由此得到了Frank弹性常数与描述液晶相变的取向序参量Sij的一阶空间导数的展开系数间的关系 .结合包括Landau deGennes取向自由能、Maier Saupe各向异性相互作用自由能和Frank自由能的液晶自由能泛函 ,用原胞动力学方法对关于Sij的Ginzberg Landau方程进行了数值求解 .在弯曲弹性常数远小于展曲弹性常数的前提下 ,模拟了二维液晶在剪切松弛下条带织构的形成及其小角光散射图样 ,考查了初始剪切速率的影响 .结果发现 ,由于弯曲弹性常数远小于展曲弹性常数 ,使纵向的展曲形变松弛速率远比横向的弯曲形变松弛速率迅速 ,从而导致纵向的条带结构的形成 ;初始剪切速率增大 ,开始出现条带织构的诱导时间减小且条带的特征尺寸变小 ,与实验结果一致 .     

单晶钨纳米线拉伸变形机理的分子动力学研究

利用分子动力学方法, 对本课题组率先采用金属催化的气相合成法制备出的高纯度单晶钨纳米线进行拉伸变形数值模拟, 通过分析拉伸应力-应变全曲线及其微观变形结构, 揭示出单晶钨纳米线的拉伸变形特征及微观破坏机理. 结果表明: 单晶钨纳米线的应力-应变全曲线可分为弹性阶段、损伤阶段、相变阶段、强化阶段、 破坏阶段等五个阶段, 其中相变是单晶钨纳米线材料强化的重要原因; 首次应力突降是由于局部原子产生了位错、孪生等不可逆变化所致; 第二次应力突降是发生相变的材料得到强化后, 当局部原子再次产生位错导致原子晶格结构彻底破坏而形成裂口、且裂口不断发展成颈缩区时, 材料最终失去承载能力而断裂. 计算模拟得到的单晶钨纳米线弹性模量值与实测值符合较好. 关键词： 分子动力学 应力应变曲线 微观机理 单晶钨纳米线     

新型光纤应力弯曲与拉伸敏感元件的设计与测试

提出并制作了一种弯曲形变与应力拉伸可区分测量的全光纤敏感元件。全光纤敏感元件使用193nm ArF准分子激光器在单模-色散补偿-单模的干涉上刻写光栅,组成光栅和迈克尔逊干涉的并联结构。分析了光纤敏感元件对弯曲和应力拉伸的响应机理。对光纤敏感元件进行了弯曲和拉伸测试,实验结果表明:在0～1.4m~(-1)曲率下,1524.27nm处干涉波谷的弯曲灵敏度为4.53dB/m~(-1),线性度为0.991,光栅布拉格谐振峰处的能量基本不发生变化;在0～500με拉伸形变范围内,1524.27nm处干涉波谷的形变拉伸灵敏度为-1.02pm/με,线性度为0.979。布拉格谐振模式的形变拉伸灵敏度为0.615pm/με,线性度为0.990。所提光纤敏感元件能够区分测量弯曲形变和应力拉伸,其在工业应用具有较好的前景。     

金属纳米棒弯曲力学行为的分子动力学模拟

纳米结构的力学性能是纳米超微型器件设计的基础,分子动力学是研究纳米结构力学行为的有效方法.本文采用镶嵌原子方法模拟金属铜纳米棒的弯曲力学行为.计算结果表明由于尺寸效应和表面效应的影响,在纳观尺度下纳米结构表现出与宏观尺度下完全不同的力学特征.金属纳米棒弯曲力学过程分为初始变形迟滞阶段、线弹性变形阶段和塑性变形阶段.塑性变形阶段表现出“刚化”、“台阶”和较强的延性等特征. 关键词： 纳米结构 纳米棒 弯曲性能 分子动力学     

平面冲击波高速撞击下Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的损伤与断裂

 利用二级轻气炮研究了在平面冲击波高速撞击下，Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5大块非晶合金的损伤与断裂行为。实验结果表明：在高速冲击压缩下，大块非晶合金断裂面的角度小于通常压缩情况的角度，这是由高速撞击下材料极高的应变速率决定的；极高的应变速率变形和局域绝热剪切加热造成局部熔化；在温度和压力的共同作用下，非晶合金发生晶化现象。     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势,采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt0.95Ag0.05合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt0.95Ag0.05合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt0.95Ag0.05合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

Zn-Al共析合金的黏滞流变行为

在连续升温条件下，测量了共析Zn-Al合金的应变速率和黏度随温度的变化曲线，在共析转变温区观测到伴随相变过程的黏度极小值，研究了应力对应变速率和升温速率对黏度极小值的影响，发现在相变温区材料的力学行为遵从Newton黏滞流变定律，用相界面的数量和性质解释了相变温区Zn-Al合金的黏滞流变行为．将相变激活能和相界面的流变激活能进行比较，说明界面的流动性是影响相变的主要因素．结合过去在非晶Pd-Cu-Si合金的结构转变过程中观测到的伴随玻璃转变和晶化过程的黏度极小值，说明伴随着结构转变或相变过程，黏度出现极小 关键词：     

第一性原理研究[111]晶向硅纳米线电子结构，光学性质与压阻特性的应变效应

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA），利用第一性原理方法计算研究了单轴应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构、光学性质以及压阻性质的影响．能带结构和光学性质的结果表明：压应变导致硅纳米线的带隙明显线性减小，且使其由直隙半导体转变为间隙半导体，而施加拉应变后硅纳米线仍为直隙半导体材料，但是带隙略有减小，且价带顶附近的能带线产生了较为复杂的变化．由于能带的应变效应导致其光学性质也相应发生了较大改变：拉应变使硅纳米线的介电峰出现宽化现象，低能区内的光吸收增强，静态折射率和反射率峰值增大，而压应变的效果则相反．结合能带结构与压阻系数计算模型得到的压阻特性结果表明：随着压应变的增加压阻系数单调减小，这主要归因于空穴浓度随压应变显著变化引起的；而拉应变作用时，压阻系数呈现波动趋势，这主要是由于空穴有效传输质量的增加程度和载流子浓度的增加程度不同而相互竞争导致的．上述计算结果表明，设计基于硅纳米线的光电和力电器件时，需考虑其应变效应．     

基于分数阶微分流变模型的非晶合金黏弹性行为及流变本构参数研究

近年来, 基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一. 本文根据非晶合金结构不均匀性的特征, 提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为. 通过室温纳米压痕实验, 对三种不同泊松比和玻璃化转变温度的非晶合金的黏弹性变形行为进行了研究. 实验结果表明: 在表观弹性区, 非晶合金的变形表现出与加载速率相关的线性黏弹性性质. 根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义, 分别由分数阶微分及整数阶Kelvin模型对实验结果进行了分析. 分析结果表明, 相对于整数阶流变模型, 分数阶微分流变模型能更精细地表征材料的黏弹性变形特征; 在流变模型参数中, 黏性系数η_A和分数阶次α反映出材料的流变特性和流动趋势, 流变参数与玻璃转变温度、泊松比之间具有较好的相关性, 上述相关性有助于从微观结构角度理解材料塑性与泊松比的关联.