应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为，分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化，准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时，固液界面的移动速度与温度成正比，外推得到热力学熔点为1380K ，与实验结果1358K吻合良好.应变效应（包括拉伸和压缩）导致热力学熔点降低，并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下，准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素，且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程. 关键词： 表面预熔化 热力学熔点 表面应力 分子动力学     

金属纳米薄膜在石墨基底表面的动力学演化

采用分子动力学方法研究了金属Au和Pt纳米薄膜在石墨(烯)基底表面的动力学演化过程,探讨了金属薄膜和石墨(烯)基底间的相互作用对金属纳米薄膜在固态基底表面的去湿以及脱附的动力学演化的影响.研究结果表明,在高温下,相同层数的Au和Pt纳米薄膜在单层石墨基底表面上存在不同的去湿现象,主要表现为厚度较小的Pt纳米薄膜在去湿过程中有纳米空洞形成,而同样厚度的Au薄膜在去湿过程中没有形成空洞.Au和Pt两种金属薄膜在高温下都去湿形成纳米液滴,这些液滴最终都以一定的速度脱离基底.在模拟的薄膜厚度范围内(0.2—2.3 nm),Au和Pt纳米液滴脱离基底的速度随厚度增加表现出不同的变化规律.Pt纳米液滴的脱离速度随薄膜初始厚度的增加先增加后减少,而Au脱离速度随厚度的增加先减少,达到一个临界厚度后脱离速度突然迅速增加.利用薄膜与基底间相互作用的不同导致去湿过程中的黏滞耗散不同,定性分析了这种变化规律的原因.此外,进一步研究还发现金属液滴的脱离时间与薄膜厚度和模拟温度的依赖关系,发现脱离时间随薄膜厚度的增加而增加,随模拟温度的升高而减小.这些研究结果可以为金属镀膜、浮选、表面清洁、器件表面去湿等工业生产过程提供理论指导.     

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.     

[110]Au纳米线在加温过程中结构与热稳定性的原子级模拟研究

采用分子动力学方法结合量子修正Sutton-Chen型多体力场,对[110]Au纳米线在升温过程中的结构与热稳定性进行了研究,并引入Lindemann指数和最小半径来研究它的熔化机理和形状演化.结果表明:纳米线在预熔之前,局部区域发生了由fcc到hcp的结构转变.纳米线的预熔首先出现表面上,然后向内部传播,最后才完全熔化为液态结构.纳米线在完全熔化后才开始出现径缩,并最终断裂成为球形纳米团簇.     

脉冲激光诱导金属薄膜电离的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟研究了激光诱导金属薄膜的电离过程,对激光等离子体形成早期原子的运动轨迹、薄膜表面的温度变化以及原子的电离特性进行了详细分析,并探究了脉冲激光参数对原子电离过程的影响.结果表明,在激光照射过程中,薄膜表面先熔化而后又气化,气化的原子继续吸收激光能量继而电离.激光的峰值功率密度越大,原子电离速率越快,电离数目越多,薄膜表面的温度越高.脉冲宽度越小,原子电离速率越快,薄膜表面的温度越高,但原子的电离数目先增加后减小.     

超细Pt纳米线结构和熔化行为的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势, 对临界尺寸下的自由Pt纳米线的奇异结构和熔化行为进行分子动力学模拟. 模拟结果显示, 超细Pt纳米线的熔点随径向尺寸和结构的不同而发生明显改变; 引入林德曼因子, 令其临界值为0.03, 以此得到对应熔点值大小与通过势能-温度变化曲线找出的一致, 又比较了纳米线各层粒子平均林德曼指数的大小, 对各层纳米结构的热稳定性进行定量标度; 综合分析发现螺旋结构纳米线的熔化从内核开始, 而多边形结构的纳米线的熔化从外壳层开始.     

纳米铜团簇在常温和升温过程中能量特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和F-S多体势函数，模拟研究纳米铜团簇常温下能量特征及其在升温直到熔化过程中的变化，确定了常温下纳米铜团簇的表面原子厚度和表面能，给出在不同温度下纳米铜团簇能量大小分布比例和能量的概率密度，细致描述了团簇升温过程团簇内部原子和表面原子之间不同的变化特征. 关键词： 铜团簇 分子动力学 能量特征 温度     

碳纳米管熔接金电极的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法,研究了单壁碳纳米管与Au电极的高温熔接. 模拟结果表明,用端口吸附了Au团簇的碳纳米管在高温下能很好地与Au电极熔接. 首先将Au团簇放置于碳纳米管开口处进行高温退火,退火温度在1100 K左右,Au团簇部分Au原子进入碳纳米管管内,吸入碳纳米管中的Au原子形成壳层螺旋结构的Au纳米线,管外Au团簇呈无定形结构. 然后将吸附了Au团簇的碳纳米管与Au电极进行熔接,高温退火后,碳纳米管与Au电极表面之间形成了稳固的熔接,熔接最佳温度在800 K左右. 关键词： 碳纳米管 金电极 分子动力学模拟     

碳纳米管内金纳米线的结构与热稳定性

采用分子动力学模拟方法, 研究了填充在(8,8)单壁碳纳米管内的Au纳米线的结构和热稳定性. 研究表明, 经高温退火至室温, Au在碳纳米管内能生成多样而稳定的结构上明显区别于自由状态Au纳米线的壳层螺旋结构Au纳米线, 其螺旋结构会随着温度的变化而转变. 束缚在碳纳米管内的壳层螺旋结构Au纳米线有非常好的热稳定性, 稳定温度高于块体Au晶体的熔化温度. 关键词： 纳米线 碳纳米管 热稳定性 分子动力学模拟     

Molecular dynamics simulation of surface melting behaviours of the V（110） plane

The modified analytic embedded-atom method and molecular dynamics simulations are applied to the investigation of the surface premelting and melting behaviours of the V（110） plane by calculating the interlayer relaxation, the layer structure factor and atomic snapshots in this paper. The results obtained indicate that the premelting phenomenon occurs on the V（110） surface at about 1800K and then a liquid-like layer, which approximately keeps the same thickness up to 2020K, emerges on it. We discover that the temperature 2020K the V（110） surface starts to melt and is in a completely disordered state at the temperature of 2140K under the melting point for the bulk vanadium.     

Mechanism for nanotube formation from self-bending nanofilms driven by atomic-scale surface-stress imbalance

We demonstrate, by theoretical analysis and molecular dynamics simulation, a mechanism for fabricating nanotubes by self-bending of nanofilms under intrinsic surface-stress imbalance due to surface reconstruction. A freestanding Si nanofilm may spontaneously bend itself into a nanotube without external stress load, and a bilayer SiGe nanofilm may bend into a nanotube with Ge as the inner layer, opposite of the normal bending configuration defined by misfit strain. Such rolled-up nanotubes can accommodate a high level of strain, even beyond the magnitude of lattice mismatch, greatly modifying the tube electronic and optoelectronic properties.     

Adsorbate dynamics on a substrate: III. Surface structural disordering

Surface structural behavior of an fcc Lennard-Jones system is investigated using the molecular dynamics simulation by studying simultaneously the surface order and the surface mobility. Below the bulk melting temperature, the (111) Lennard-Jones surface is found to progressively disorder as the temperature is raised. Concomitant with this disordering, surface atomic mobility is found to be significantly enhanced. Results are discussed in terms of the surface premelting phenomenon.     

Mo纳米薄膜热力学性质的分子动力学模拟

采用改进嵌入原子法(MAEAM),通过经典的分子动力学(MD)模拟计算了高熔点过渡金属体心立方(bcc) Mo块体Gibbs自由能和表面能. 对于纳米薄膜的热力学数据,比如Gibbs自由能等,可以看成是薄膜内部原子和表面原子两部分数据之和,然后根据薄膜的体表原子之比就可以直接计算出总的自由能,并由此可以得到热力学性质与薄膜尺寸及温度的定量关系式. 分别计算了bcc Mo块体及其纳米尺寸薄膜的自由能和热容,结果表明,Mo纳米薄膜的热力学性质具有尺寸效应,并且在薄膜尺寸小于15—20nm时,这种效应变得非常明 关键词： 改进嵌入原子法 Mo纳米薄膜 表面自由能 热容     

Atomistic simulations for the non-equilibrium surface premelting and melting of Nb(1 1 0) plane

In the present paper molecular dynamics (MD) simulations have been preformed to investigate the surface melting process and microscopic mechanism of Nb(1 1 0) plane in the atomic scale with a modified analytic embedded atom method (MAEAM). On the basis of the MD relaxation dependence of averaged internal energy and layer structure factor at given temperatures, the melting point of the sample has been estimated to be 2510 K. Then by the above results the Nb(1 1 0) plane melting process has been approximately divided into two stages: first the layer-by-layer premelting phase in the surface region and then a simultaneous abrupt melting transition for the inner layers. According to the variation of the averaged internal energy of the inner atomic layer, the melting latent heat has been calculated and the result is in good agreement with the experimental value. The simulated snapshots of atomic configuration for Nb(1 1 0) plane have indicated that the dynamically microscopic mechanism of melting nucleation during the melting transition.     

Diffusion Behavior of Cumulative He Doped in Cu/W Multilayer Nanofilms at Room Temperature

Cu/W multilayer nanofilms are prepared in pure Ar and He/Ar mixing atmosphere by the rf magnetron sputtering method.The cross-sectional morphology and the defect distribution of the Cu/W multilayer nanofilms are characterized by scanning electron microscopy and Doppler broadening positron annihilation spectroscopy.The results show that plenty of point defects can be produced by introducing He during the growth of the multilayer nanoGlms.With the increasing natural storage time,He located in the near surface of the Cu/W multilayer nanofilm at room temperature could be released gradually and induce the segregation of He-related defects due to the diffusion of He and defects.However,more He in the deep region spread along the interface of the Cu/W multilayer nanofilm.Meanwhile,the layer interfaces can still maintain their stability.