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.     

空位缺陷对单层硅烯薄膜力学性能的影响

采用基于分子动力学理论的Forcite模拟软件包对含不同浓度的单、双空位缺陷硅烯薄膜的超晶胞体系进行优化,并对其力学性能进行了计算和分析.结果表明:随着空位缺陷浓度的增加,硅烯薄膜的拉梅常数、泊松比、体弹模量和剪切模量呈线性递减趋势,而由于空位缺陷附近键长的缩减导致硅烯薄膜"硬化"与空位缺陷浓度的增加导致硅烯晶格中硅原子密度降低,两种体制的竞争使得硅烯杨氏模量表现出先升高在降低的趋势.     

基于分子动力学的石墨炔纳米带空位缺陷的导热特性

空位缺陷石墨炔比完整石墨炔更贴近实际材料,而空位缺陷的多样性可导致更丰富的导热特性,因此模拟各种空位缺陷对热导率的影响显得尤为重要.采用非平衡分子动力学方法,通过在纳米带长度方向上施加周期性边界条件,基于AIREBO(adaptive intermolecular reactive empirical bond order)势函数描述碳-碳原子间的相互作用,模拟了300 K时单层石墨炔纳米带乙炔链上单空位缺陷和双空位缺陷以及苯环上单空位缺陷对其热导率的影响,利用Fourier定律计算热导率.模拟结果表明,对于几十纳米尺度范围内的石墨炔纳米带热导率,1)由于声子的散射集中和声子倒逆过程增强,与完美无缺陷的石墨炔纳米带相比,空位缺陷会导致石墨炔纳米带热导率的下降;2)由于声子态密度匹配程度高低的不同,相比于乙炔链上的空位缺陷,苯环的空位缺陷对石墨炔纳米带热导率影响更大,乙炔链上空位缺陷数量对石墨炔纳米带热导率的影响明显;3)由于尺寸效应问题,随着长度增加,石墨炔纳米带热导率会相应增大.本文的研究可为在一定尺度下进行石墨炔纳米带热导率的调控问题提供参考.     

单空位缺陷对石墨纳米带电子结构和输运性质的影响

基于第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了单空位缺陷对单层石墨纳米带(包括zigzag型和armchair型带)电子性质的影响.研究发现,单空位缺陷使石墨纳米带在费米面上出现一平直的缺陷态能带;单空位缺陷的引入使zigzag型半导体性的石墨纳米带变为金属性,这在能带工程中有重要的应用价值;奇数宽度的armchair型石墨纳米带表现出金属特性,有着很好的导电性能,同时,偶数宽度的armchair型石墨带虽有金属性的能带结构,但却有类似半导体的伏安特性;单空位缺陷使得奇数宽度的armchair石墨纳米带导电 关键词： 石墨纳米带 单空位缺陷 电子结构 输运性质     

单空位缺陷对二维δ-InSe稳定性的影响

二维InSe半导体材料由于其优异的电学性能以及适中可调的带隙等优点,引起了研究者的关注.材料中的空位缺陷不仅影响材料的光电学特性,还影响材料的环境稳定性.相比于InSe材料中的其他相, δ-InSe具有更优异的材料性能,然而关于对该材料环境稳定性影响的研究未见报道.本文基于密度泛函理论,系统研究了O₂环境下二维δ-InSe材料的稳定性问题.结果表明:1)在O₂环境下,完美δ-InSe表面具有良好的惰性和稳定性, O₂分子在其表面从物理吸附到解离吸附需要克服1.827 eV的势垒; 2) Se空位(V_Se)的存在则会促进δ-InSe的氧化反应,被氧化的过程仅需克服0.044 eV的势垒,说明V_Se的存在使δ-InSe在O₂环境下的稳定性显著下降,此外被O₂分子氧化的δ-InSe单层有利于H₂O分子的解离吸附; 3)含有In空位(V_In)的δ-InSe被氧化的速率较慢, O₂     

空位结构缺陷对C纳米管弹性性质的影响

用分子动力学方法对不同空位缺陷的扶手椅型与锯齿型单壁C纳米管杨氏弹性模量进行了计算和分析. 结果表明：扶手椅型（5, 5）, （10,10）和锯齿型（9, 0）, （18, 0） 纳米管在无缺陷时其杨氏模量分别为948,901和804,860 GPa. 随管径的增大,扶手椅型和锯齿型单壁C纳米管弹性模量分别减小和增大,表现出完全不同的变化规律. 随着C纳米管中单点空位缺陷的均匀增加,杨氏模量下降,当缺陷比率增加到一定程度时,杨氏模量下降骤然趋缓,形成一下降平台;双空位缺陷对C纳米管杨氏模量的影响与其分布方向有关;随单点空位缺陷间原子数的增加,在轴向上,杨氏模量下降到某一值小幅波动,而在周向上杨氏模量先下降,然后上升到某一稳定值. 随两单点空位缺陷的空间距离进一步增大,杨氏模量又呈微降趋势. 通过分子间σ键与π键特征及缺陷间近程电子云耦合作用规律与空位缺陷内部5-1DB缺陷的形成特点等理论对上述规律进行了分析. 关键词： 空位缺陷 C纳米管 分子动力学 杨氏模量     

载能氢同位素原子与石墨(001)面碰撞的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了载能H同位素原子与石墨晶体碰撞的同位素效应. 碳氢系统的强共价键作用和石墨层间的弱van der Waals力分别用REBO和Ito半经验势函数来描述. 研究发现: 随着入射原子质量的增加, 上表面吸附几率和反射几率的峰值都会向高能区移动; 相比于H, ²H入射原子, ³H入射原子具有较高的吸附几率——包括上表面吸附和内部吸附; 穿透石墨晶体, ²H, ³H原子所需的能量较高; 原子质量和原子入射能量都会影响入射粒子与不同石墨层之间的能量传递过程. 这些结果对理解碳基材料的³H滞留机制有重要意义.     

单壁碳纳米管单原子空位缺陷的紧束缚理论研究

文章在紧束缚势模型基础上系统地研究了非手性单壁碳纳米管上单原子空位缺陷结构和电子结构性质.计算表明,单原子空位缺陷会自发地形成5-1DB型缺陷, 且该缺陷的局域结构和形成能强烈地依赖于碳纳米管的尺寸、旋度和电学性质.同时作者发现这类缺陷在费米能级以上约0.2eV处产生局域的电子态.     

单、双原子空位缺陷对扶手椅型单层碳纳米管屈曲性能的不同影响

采用分子动力学方法,对完善和含缺陷扶手椅型单层碳纳米管进行轴向压缩的数值模拟,对比研究三种不同的温度环境下单、双原子空位缺陷对碳纳米管轴压变形性能的特殊影响.研究结果表明管壁缺陷显著降低了纳米管低温时的承载能力,由于单原子空位缺陷造成的特殊应力集中效应会引发纳米管过早发生局部屈曲,单原子缺陷管的屈曲强度反而小于双原子管的屈曲强度. 关键词： 分子动力学 碳纳米管 屈曲 缺陷     

孔洞和空位对单晶铝力学性能影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟含孔洞的单晶铝单轴拉伸过程,研究晶向、孔洞体积分数、空位体积分数等对孔洞生长的影响.结果表明：对于不同的晶向,决定孔洞生长变形的微观机制不同.[010]晶向单轴拉伸情况下,形变机制主要是｛111｝面位错引起的堆垛层错;[111]晶向单轴拉伸情况下,形变机制主要是位错的移动、堆积与发射.此外,孔洞及空位的体积分数对[010]、[111]晶向的孔洞生长过程也有着明显的影响.总的来说,随着孔洞或者空位体积分数的增加,材料的杨氏模量变小,屈服强度、屈服应变下降.     

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     

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.     

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     

Molecular dynamics investigation of soliton propagation in a two-dimensional Yukawa liquid

We investigate via molecular dynamics simulations the propagation of solitons in a two-dimensional many-body system characterized by Yukawa interaction potential. The solitons are created in an equilibrated system by the application of electric field pulses. Such pulses generate pairs of solitons, which are characterized by a positive and negative density peak, respectively, and which propagate into opposite directions. At small perturbation, the features propagate with the longitudinal sound speed, from which an increasing deviation is found at higher density perturbations. An external magnetic field is found to block the propagation of the solitons, which can, however, be released upon the termination of the magnetic field and can propagate further into directions that depend on the time of trapping and the magnetic field strength.     

碳纳米管振荡的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法,模拟了三种碳纳米管振荡器内管的振荡运动.结果显示：振荡器的内管越短,振荡的频率越大,且受到的轴向回复力的波动也越大.内管在沿着管轴振荡的同时,还绕着管轴旋转,转动的动能有明显涨落并与内管管长密切相关.该研究对于开发碳纳米管的相关应用技术有指导意义. 关键词： 分子动力学模拟 多壁碳纳米管 振荡     

聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明: 聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构, 温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性; 银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加; 与聚乙烯体系相比, 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多, 且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大; 银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率, 红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数, 热容随颗粒尺寸的变化较小, 但随温度的升高而明显减小, 具有显著的温度效应; 热压力系数随温度的变化较小, 但随颗粒尺寸的增加而减小, 具有明显的尺度效应, 温度稳定性更好; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比, 并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小, 加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 纳米颗粒     

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.     

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