基于原子运动模型的类金刚石薄膜生长机理研究

利用分子动力学模拟方法，从原子尺度上研究了类金刚石(DLC)薄膜生长过程. 按照运动特点把入射原子在表面的行为分为表面冷冻、迁移、注入和反弹等四种，并由此提出原子运动模型. 入射原子的表面行为对DLC薄膜的微观结构以及生长方式有重要影响. 其中原子水平迁移是薄膜热弛豫的主要途径，入射原子的注入和迁移行为相互竞争，决定了薄膜生长的模式和最终结构. 利用统计分析手段给出了入射能量对原子表面行为进而对薄膜结构的影响，加深了对DLC薄膜生长机理的认识.     

碳硅二炔结构及性质分子动力学模拟研究

采用基于量子力学的半经验哈密顿量的计算方法,即SCED-LCAO方法,模拟研究了碳硅二炔的稳定性结构、成键特点、电子结构等性质. 得出其最稳定的结构是单层平面结构,晶格常数为12.251 Å. 它通过 含有两个Si-C三键的链连接六元环构成. 这种平面结构在很大高温范围内都可以保持其稳定特性,直到1520 K时,该基本结构才被破坏,且结构中出现四元环. 体系温度低于1520 K时,均可通过降温,恢复其零温时的结构. 研究还发现这种共轭结构中Si,C 原子间存在稳定的sp杂化形式,对分布函数得出其键长为1.58 Å左右. 高温时sp杂化逐渐转变成其他杂化形式. 计算结果表明,在零温下,该电中性系统中存在离域π键,使得系统中的Si-C键长呈现平均化趋势. 研究表明,碳硅二炔的能隙为1.416 eV,LUMO,HOMO能级分别是0.386 eV和–1.03 eV表明了其n型半导体特性. 关键词： 碳硅二炔 分子动力学模拟 sp杂化 稳定性     

类金刚石薄膜力学特性的分子动力学模拟

基于Brenner的REBO势函数,利用分子动力学方法模拟了含氢量不同的类金刚石薄膜的纳米压痕过程,依据得到的加载卸载曲线,计算了薄膜的刚度、硬度以及弹性模量.结果表明:类金刚石薄膜的硬度由氢含量和sp³键含量两个因素共同决定;当薄膜中氢含量小于39% 时,薄膜硬度主要取决于sp³键含量,sp³键越多,硬度越高;当薄膜中氢含量达到52%,薄膜硬度则显著下降,此时氢的作用占据主导地位. 关键词： 类金刚石薄膜 分子动力学模拟 纳米压痕 硬度     

金刚石表面无定形碳氢薄膜生长的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了CH₂基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程. 结构分析表明, 得到的无定形碳氢薄膜中碳原子的局域结构(如C–C第一近邻数)与其中氢原子的含量密切相关. CH₂ 基团入射能量的增加会导致得到的薄膜的氢含量降低, 从而改变薄膜中类sp³成键碳原子的比例.     

Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

采用分子动力学方法,模拟了在两块石英基板上由脂肪酸(C₁₅H₃₁COOH)组成的单层Langmuir-Blodgett (LB)膜间的摩擦特性,探究了超薄膜在滑动过程中的摩擦和结构机理.得出对于单层LB膜在滑动过程中,在速度小于60m/s时,随着速度的增大,其剪切压增大;在速度大于60 m/s时,剪切压随速度的增加而减小.其链的倾斜角随着滑动速度的增加而减小.单层膜内的分子之间以氢键方式形成了较大的分子簇,由此导致了剪切压呈现较长的周期性,但在单层膜之间无氢键形 关键词： 分子动力学模拟 朗缪尔布洛杰特膜 纳米摩擦 氢键     

含氢碳膜的生长机制: 分子动力学模拟研究低能量CH基团的作用

探索等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术中含氢碳膜的生长机理, 制备出常态超润滑含氢碳膜是表面工程技术领域的目标之一. 基于REBO势函数, 采用分子动力学模拟方法, 通过对比研究CH基团在清洁金刚石和吸氢金刚石表面的沉积行为, 发现低能量CH基团在清洁金刚石(111)面上的吸附效率大于98%, 而在吸氢金刚石(111)面上的吸附效率低于1%. 结果表明PECVD法制备含氢碳膜时, 低能量CH基团对薄膜生长的贡献主要来自于其在表面非饱和C位置的选择性吸附.     

超薄晶体膜生长过程的计算机模拟

建立一种新模型,模拟超薄晶体膜生长过程.通过引入网格和俘获截面的概念来归一化处理错综复杂的原子间相互作用,研究了扩散、衬底温度等因素对GeSi超薄晶体膜生长形式的影响 关键词： 晶体膜 模型 模拟     

CO2水合物生长特性的分子动力学模拟

采用分子动力学对CO2水合物生长进行模拟并分析其变化规律,探究了CO2水合物晶体生长的微观过程以及不同温度、压力条件对水合物生长特性的影响机理. CO2水合物的生长是从已有晶胞附近向外扩散并逐具有序性的过程,水分子间逐渐形成四面体氢键与CO2共同形成完整的水合物笼. 另外, CO2水合物生长需要合适的过冷度,在压力为30MPa、温度范围265K至275K,水合物笼型晶胞可正常生成,并且温度越低,生成速率越快;在高温290K和300K时,体系分子运动加剧,水合物笼直接散开. 此外,在温度为270K、不同压力条件下,发现相较温度而言,由于CO2溶解度随压力变化的不明显性,导致CO2水合物增长速度伴随压力的变化相对不敏感.     

斜入射离子束辅助沉积对类金刚石薄膜结构影响的分子动力学模拟

采用分子动力学（MD）模拟方法,从原子尺度上研究了离子束辅助沉积（IBAD）类金刚石（DLC）薄膜过程中离子束入射角对薄膜结构的影响.重点讨论了不同的离子束入射角所对应的薄膜表面模型,平均密度和sp³键含量.结果表明,离子束斜入射加强了入射原子的水平动能,从而加强了原子水平迁移;Ar离子斜入射时C原子迁移率均比垂直入射大,薄膜密度和sp³键含量都比垂直入射小.不同的离子束入射角随着到达比和入射能的变化,对薄膜结构的影响不同.离子束斜入射时可以得到不同结构的膜. 关键词： 类金刚石薄膜 入射角 离子束辅助沉积 分子动力学模拟     

掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

掺硅类金刚石(Si-DLC) 薄膜表现出优异的摩擦学性能, 在潮湿空气和高温中显示出极低的摩擦系数和很好的耐磨性, 但是许多实验表明Si-DLC膜的摩擦性能受其硅含量的影响很大. 因此, 本文采用分子动力学模拟的方法分别研究干摩擦和油润滑两种情况下不同硅含量的Si-DLC膜的摩擦过程. 滑移结果表明干摩擦时DLC膜和掺硅DLC膜之间生成了一层转移膜, 而油润滑时则为边界膜. 因此干摩擦时的摩擦力明显大于油润滑时的摩擦力. 少量添加硅确实能降低DLC膜的摩擦力, 但是硅含量大于20%后对DLC膜的摩擦行为几乎无影响. 干摩擦时硅含量对转移膜内键的数量影响很大, 转移膜内CC键和CSi键都先增加后减少, 滑移结束时几乎不含CSi键.     

Synchrotron radiation photoelectron spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure study on oxidative etching of diamond-like carbon films by hyperthermal atomic oxygen

Surface structural changes of a hydrogenated diamond-like carbon (DLC) film exposed to a hyperthermal atomic oxygen beam were investigated by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), synchrotron radiation photoelectron spectroscopy (SR-PES), and near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS). It was confirmed that the DLC surface was oxidized and etched by high-energy collisions of atomic oxygen. RBS and real-time mass-loss data showed a linear relationship between etching and atomic oxygen fluence. SR-PES data suggested that the oxide layer was restricted to the topmost surface of the DLC film. NEXAFS data were interpreted to mean that the sp² structure at the DLC surface was selectively etched by collisions with hyperthermal atomic oxygen, and an sp³-rich region remained at the topmost DLC surface. The formation of an sp³-rich layer at the DLC surface led to surface roughening and a reduced erosion yield relative to the pristine DLC surface.     

离子束辅助沉积对类金刚石膜结构影响的计算机模拟

采用分子动力学(MD)模拟研究了离子束辅助沉积(1BAD)生长类金刚石(DLC)膜的物理过程.分 别选C₂分子和Ar离子作为沉积源和辅助沉积粒子.改变Ar的入射能量和到达比(A r／C)，研 究了它对DLC膜结构的影响.重点讨论了Ar辅助沉积引起表面原子的瞬间活性变化对薄膜结构 产生的影响.分析表明，由于Ar离子的轰击引起的能量和动量的传递，大大地增强了C原子在 表面的反冲动能及迁移概率，增加了合成薄膜的SP³键含量.研究结果和实验 观察一致，并从合成机理上给出了一些定量解释. 关键词： 类金刚石膜 离子束辅助沉积 分子动力学模拟     

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     

Molecular dynamics simulation of stress and grain evolution

A three-dimensional molecular dynamics simulation is carried out to study the evolution of grains and stresses during the deposition of atoms on the (100) plane of a fcc regular crystal, using the cubic system with x–y periodic boundary conditions. At the bottom an atomic surface and at the top a reflecting wall are assumed. Atoms in the system interact via the Lennard–Jones potential. During simulation the films grow according to the Volmer–Weber mode and exhibit specific shape of the stress curves. When the film becomes continuous, the stress during the growth possesses a maximum value, but later new grain boundaries are formed. Individual atoms in the grain boundaries generate compressive stress in the films.     

Electron emission degradation of nano-structured sp^2-bonded amorphous carbon films

The initial field electron emission degradation behaviour of original nano-structured sp^2-bonded amorphous carbon films has been observed, which can be attributed to the increase of the work function of the film in the field emission process analysed using a Fowler-Nordheim plot. The possible reason for the change of work function is suggested to be the desorption of hydrogen from the original hydrogen termination film surface due to field emission current-induced local heating. For the explanation of the emission degradation behaviour of the nano-structured sp2-bonded amorphous carbon film, a cluster model with a series of graphite （0001） basal surfaces has been presented, and the theoretical calculations have been performed to investigate work functions of graphite （0001） surfaces with different hydrogen atom and ion chemisorption sites by using first principles method based on density functional theory-local density approximation.     

Role of atomic transverse migration in growth of diamond-like carbon films

The growth of diamond-like carbon (DLC) films is studied using molecular dynamics simulations. The effect of impact angle on film structure is carefully studied, which shows that the transverse migration of the incident atoms is the main channel of film relaxation. A transverse-migration-induced film relaxation model is presented to elucidate the process of film relaxation which advances the original model of subplantation. The process of DLC film growth on a rough surface is also investigated, as well as the evolution of microstructure and surface morphology of the film. A preferential-to-homogeneous growth mode and a smoothing of the film are observed, which are due to the transverse migration of the incident atoms.