载能氢原子与石墨(001)面碰撞过程中的能量传递行为的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究了单一载能氢原子与石墨碰撞时氢原子被石墨反射、 吸附和石墨被氢原子穿透的发生系数以及碰撞中的能量传递机理. 研究发现: 与单层石墨相比, 多层石墨之间的长程相互作用增加了氢原子发生反射的能量范围, 尤其当入射能量大于20.0 eV时, 对反射过程的影响很明显; 当氢原子的入射能量大于25.0 eV时, 有一定的概率穿透四层石墨; 当氢原子入射能量高于28.0 eV时, 载能氢原子的能量传递给第二层石墨烯的比传递给第一层石墨烯的多. 这些结果对理解聚变反应中, 碳基材料的化学腐蚀及氚滞留有重要意义.     

单空位缺陷对载能氢原子与石墨层间碰撞的能量交换的影响的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究空位缺陷对石墨层中碳氢粒子碰撞的影响.将氢原子以不同能量分别向单空位缺陷边缘的两个碳原子轰击,分析了入射氢原子的能量损失、发生吸附反应的能量范围和靶原子的能量传递过程.研究发现,单空位缺陷边缘的碳氢粒子更易发生吸附反应;在碳氢粒子正碰过程中,氢原子随入射能量变化出现了双反射区域;碳氢粒子在空位缺陷边缘吸附后,形成了高结合能的sp²结构,并出现悬挂键,其临近的碳碳键能未降低;单空位缺陷边缘的碳原子吸附氢原子能量的能力强而传递能量的能力弱.这些结果对理解聚变反应 关键词： 面向等离子体材料 分子动力学方法 单空位缺陷     

Si(001)表面层及近表面层原子行为的分子动力学模拟研究

用分子动力学方法模拟了Si(001)表面。提出利用二维偶对相关函数分析方法研究表面层和近表面层原于的行为。硅原子间的相互作用势采用含有两体和三体相互作用的Stilli-anger-Weber势。模拟温度为300K,模拟结果和二维偶对相关函数的分析表明:表面层的大部分原子发生成键,键长为0.24nm;近表面层的其它几层原子仍保持原平面晶格构型。另外,对表面层和近表面层原子的弛豫问题也进行了模拟研究。 关键词：     

用分子动力学方法研究Ag(001)表面吸附原子的自扩散现象

用分子动力学方法研究了单个吸附原子在Ａｇ（００１）表面的自扩散现象，其中相互作用势采用了更适合于表面特性的表面嵌入势（ＳＥＡＭ势）．观察到了丰富的扩散机制，包括简单交换机制、复杂交换机制、跳跃机制及一种新的渡越机制．提出了复杂交换机制的另一种竞争交换模型．对所有扩散机制的统计结果表明，吸附原子与表面原子间的交换扩散占主导．另外，由吸附原子扩散的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ行为及能量弛豫方法计算得到了简单交换机制的激活能为０.３９ｅＶ，它小于跳跃机制的激活能０.４７ｅＶ． 关键词：     

不同构型石墨炔储氢性能的分子动力学比较研究

相关研究表明石墨炔是一种潜在的吸附储氢材料,然而石墨炔有不同的构型,不同构型石墨炔的储氢性能差异及原因尚未明晰。本研究基于分子动力学模拟,对α-GY、β-GY、γ-GY及GDY四种典型构型的石墨炔的吸氢性能进行了对比研究,分析了压力和温度对吸氢性能的影响,并剖析了吸氢性能差异的本质。研究发现β-GY和GDY两种构型的石墨炔吸氢性能在高压下优于其他两种构型,较低的温度有利于提高吸氢能力,而在较高压下提高压力对吸氢能力的影响不大;与石墨烯所要求高压相比,石墨炔在较低的压力下就可以实现高密度的氢气储存,例如α-GY在100 K的温度和0.5 MPa的压力下就可获得ω(H₂)=15.28的储氢密度,因此石墨炔有望成为一种性能更佳的吸附储氢材料。     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

石墨狭缝中甲烷吸附的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究石墨狭缝中甲烷的吸附,考察狭缝宽度和温度对甲烷吸附的影响.模拟发现甲烷在石墨狭缝中出现分层现象,吸附层中甲烷具有类液特征,第一吸附层内甲烷中总有两个氢原子的连线与另外两个氢原子的连线分别位于平行于狭缝壁的两个平面内,游离层中甲烷呈现气体的特征;碳原子间的平均作用势说明吸附层中甲烷分子间结合能力大于游离层,吸附态是甲烷在石墨狭缝中的主要赋存形式之一;伦敦力以及由吸附层净电荷产生的电场力是甲烷吸附和分层的主要原因;甲烷的吸附量随狭缝宽度增大或温度升高而减少,当狭缝宽度小于16.46Å时,甲烷仅以吸附形态存在.甲烷在第一吸附层中的扩散能力最弱、游离层中最强,甲烷扩散系数随狭缝宽度的增大或温度的升高而增大.     

金刚石/硅(001)异质界面的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法模拟研究了未重构的金刚石/硅(001)面相接触时界面层原子的弛豫过程及所形成的异质界面的结构特征.硅碳二元系统中原子间的相互作用采用Tersoff多体经验势描述.弛豫前沿[110]与[110]方向界面碳硅原子数之比均为3∶2.界面碳硅原子总数之比为9∶4.弛豫后金刚石与硅界面处晶格匹配方式改变为[110]方向基本上以3∶2关系对准,而[110]方向大致以1∶1关系对准.相应地,界面碳硅原子总数之比接近3∶2.界面下方部分第二层硅原子在弛豫过程中向上迁移至界面是引起这种变化的原因,同时该层其他原子及其底下一到两个原子层厚度的区域在[001]方向上出现一定程度的无序化转变倾向.金刚石/硅异质界面处的硅碳原子发生强烈键合,形成平均键长为0.189nm的硅碳键.研究证实,晶格匹配主要呈现界面及其附近硅原子迎合界面碳原子排列的特点. 关键词： 金刚石 硅 异质界面 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.     

低能氢粒子沿不同角度轰击钨(001)表面的反射概率及入射深度分布的分子动力学研究

采用分子动力学方法对低能(0.5–50.0 eV)氢粒子 与钨表面的相互作用进行了模拟研究.研究发现, 当氢粒子垂直入射, 能量为0.5–20.0 eV时, 粒子滞留在钨内部的概率急速增加, 在整个模拟能量区间内, 发生反射过程的概率逐渐减少, 但反射过程始终占主导. 改变粒子的入射角度, 在某些能量范围内滞留概率虽有所增加, 但氢原子被反射现象仍然占主导. 通过进一步观察低能氢粒子在钨块内的入射深度和能量变化, 计算出其在钨块中的能量沉积分布. 这些结果对理解聚变反应中 钨材料的选用优势以及氢或氢同位素滞留有重大意义. 此外, 在所研究的能量范围内, 分子动力学方法的模拟结果与以二体理论为基础的TRIM程序的模拟结果之间有明显差异, 说明传统的二体碰撞理论不能很好地描述低能碰撞问题. 关键词： 面向等离子体材料 分子动力学方法 钨 氢     

储氢笼型水合物生成促进机理的分子动力学模拟研究

用分子动力学(MD)模拟方法研究水合物法储氢的促进机理,系统研究纯H₂水合物、H₂+四氢呋喃(THF)水合物、H₂+四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物和H₂+四异戊基溴化铵(TiAAB)半笼型水合物的微观结构及性质.模拟分析客体与笼子之间的稳定能ΔE_GH,得出水合物中大笼子对稳定水合物起到主要作用.THF进入大笼子能促进H₂水合物稳定,降低H₂水合物形成压力,模拟结果与实验一致.模拟对比不同客体在大笼子中的ΔE_GH值,得出从小到大的顺序依次为TiAAB,TBAB,THF,H₂.模拟结果表明半笼型水合物的稳定性比结构Ⅱ型水合物强,同时得出H₂+TiAAB半笼型水合物的结构最稳定.MD模拟为TiAAB成为一种水合物新型促进剂和新型储氢材料提供了理论依据. 关键词： 2笼型水合物')" href="#">H₂笼型水合物 分子动力学模拟 储氢 半笼型水合物     

氢及其同位素在溴化丁基橡胶中渗透的分子模拟

使用分子动力学（MD）和巨正则蒙特卡罗（GCMC）的方法,对H2,D2,T2在溴化丁基橡胶（BIIR）中的扩散和溶解行为进行了计算模拟,运用自由体积理论探讨了气体分子在聚合物内的扩散机理,并得出气体的运动轨迹。结果表明：对氢及其同位素而言,质量越小,运动速度越快,扩散系数越大,溶解度系数比较接近,渗透系数的模拟值与实验值基本吻合,为提高材料的阻隔性能提供了一定理论基础,同时预测出硫化溴化丁基橡胶对氚水也有较好的阻隔性能。     

氢及其同位素在溴化丁基橡胶中渗透的分子模拟

使用分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡罗(GCMC)的方法,对H_2,D_2,T_2在溴化丁基橡胶(BIIR)中的扩散和溶解行为进行了计算模拟,运用自由体积理论探讨了气体分子在聚合物内的扩散机理,并得出气体的运动轨迹。结果表明:对氢及其同位素而言,质量越小,运动速度越快,扩散系数越大,溶解度系数比较接近,渗透系数的模拟值与实验值基本吻合,为提高材料的阻隔性能提供了一定理论基础,同时预测出硫化溴化丁基橡胶对氚水也有较好的阻隔性能。     

异质原子在Cu（001）表面扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟单个增原子Ag,Pd和Cu在Cu（001）表面上的扩散过程.通过对自扩散和异质扩散过程中扩散机制的观察,统计三种不同的增原子在不同温度下的扩散频率,拟合给出扩散势垒和扩散频率的指前因子,并与扩散势垒的静力学计算结果进行比较.结果表明：在800 K以下时,三种增原子均以简单跳跃机制为主扩散,与衬底不互溶的Ag增原子的跳跃频率最大,与衬底互溶的Pd增原子的跳跃频率最小.同质增原子与异质增原子的扩散频率和温度的关系均较好地符合Arrhenius公式,由Arrhenius公式拟合给出的三种不同增原子的扩散势垒与表面结构和增原子表面结合能有关.Pd和Cu增原子从跳跃机制为主向交换机制为主的转换温度分别在825和937 K左右. 关键词： 表面扩散 分子动力学模拟     

Molecular dynamics simulation model of hydrogen recycling on carbon divertor for neutral transport analysis in large helical device

To perform the neutral-transport simulation with processes in which hydrogen molecules contribute to the reaction such as molecular assisted recombination, the parameters of emitted neutral particles at the wall such as the energy distributions and the form (atom or molecule) of emitted neutral particles are necessary as a boundary condition of the calculation. Therefore, in order to provide information of recycled hydrogen on the divertor to neutral-transport code, molecular dynamics simulation of a hydrogen atom injection into a carbon material is performed to obtain the distributions of emission angle and translational energy of emitted hydrogen atoms and molecules. The distributions of rotational and vibrational energies are also investigated in the case of molecular hydrogen emission. Moreover, the quantum rotational state J, and vibrational state v are estimated from the classical value obtained by the simulation.     

空位在金刚石近(001)表面扩散的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了空位在金刚石近(001)表面的扩散过程,研究了温度对空位扩散的影响.结果表明,当温度为1000K左右时,位于近表面第二层上的空位开始向表面运动;当温度在1400—2000K时,空位完全扩散到表面.这与实验结果和其他计算结果符合得很好.同时发现,温度为1400—1800K时,空位的扩散经历了两次迁移运动,其分别对应了均方位移图中的两个极大值.在不施加任何约束的条件下得到了空位的动态扩散路径,空位在金刚石近(001)表面的扩散势垒约为042eV.并探讨了一定温度下空位数目增多及其不同排列 关键词： 金刚石 空位 扩散 分子动力学     

镍基单晶高温合金γ/γ′（001）相界面上原子构型的分子动力学研究

用分子动力学方法研究了镍基单晶高温合金γ/γ′（001）相界面上三种各具特征的原子堆垛结构. 能量学计算发现，存在最优构型，动力学模拟显示不同构型的界面弛豫后，在相界面上都“成对”出现刃型错配位错. 相关计算表明体系能量、界面形成能及弛豫能都依赖于界面原子堆垛特征，而几何特征则具共性，即不同原子构型的界面具有同一的应力释放模式.