纳米线高应变率拉伸超塑性

应用分子动力学方法,采用嵌入势EAM与Buckingham势,对金属Cu、半导体化合物CuInSe2和陶瓷化合物MgO纳米线进行拉伸模拟,考察其拉伸应力-应变曲线,并分析拉伸过程中的结构变化.发现当以高于临界应变率的速率对纳米线进行拉伸时,纳米线由脆性断裂向韧性断裂转变,且其延伸率可以超过100%,表现出超塑性的特性,而以较低应变率拉伸时,纳米线仍然表现为脆性断裂,这表明纳米线材料的超塑性对于应变率高度敏感.通过观察纳米线在拉伸过程中的结构变化,发现高应变率拉伸时由于CuInSe2与Cu纳米线晶体结构发生非晶化,在这一转变过程中大量能量被吸收,因而导致其塑性变好.而MgO纳米线则发生面心立方结构向环形结构的相变,相变的发生同样导致了能量的吸收,从而使其塑性大大改善.     

Cd_(1-x)Zn_xS热学性质的理论研究与设计

CuInSe2太阳能薄膜电池的窗口层材料CdS常掺Zn以降低剧毒元素Cd的使用量.本文应用晶格动力学方法,采用玻恩核-壳经典势参数模型,全面系统地研究了闪锌矿结构Cd1-xZnxS(x=0,0.25,0.5,0.75,1)在不同温度和压力下的晶体结构、力学和热学性质.计算了不同Zn掺杂浓度时的弹性模量、声子态密度、热容、热膨胀系数、格林艾森常数和德拜温度.结果表明:Cd1-xZnxS的晶格常数随掺杂浓度x的递增单调递减.随温度升高,无论是定容热容还是热膨胀系数都逐渐增大并趋于饱和;在某一温度时,二者都随Zn掺杂浓度的增加而略有增加.随掺杂浓度x从0增大到1,0K温度时,Cd1-xZnxS的格林艾森常数从0.78增加到0.94,而德拜温度最小值从约197K增大到约203K.一些实验或模拟结果与作者课题组的数据相符.期望系统的原子模拟研究结果将有助于理解该材料的成分-性能相关性,同时也有助于设计CuInSe2太阳能薄膜电池具有合适热匹配的窗口层材料.     

U1–xThxO2混合燃料力学性能的分子动力学模拟

在二氧化铀(UO₂)燃料中掺杂钍(Th)是提高其热稳定性的有效手段.本文利用分子动力学模拟方法,系统研究了温度与掺杂浓度对U_1–xTh_xO₂混合燃料结构稳定性与力学特性的影响.研究发现,沿[001]晶向单轴拉伸可观察到混合燃料由初始面心立方结构的萤石相转化为具有低对称结构的scrutinyite相的特殊相变.混合燃料体系的力学性能强烈依赖于温度与掺杂浓度,弹性模量和断裂应力随温度的升高而减小,断裂应变随温度的升高呈增加趋势.当掺杂浓度小于0.1时,弹性模量呈下降趋势,而掺杂浓度高于0.1时,弹性模量呈增加趋势.断裂应力随掺杂浓度的增加而增加,断裂应变则减小.不同掺杂浓度下混合燃料体系均表现脆性断裂特性,多晶样品中发生脆性沿晶断裂.本文的研究结果可为UO₂燃料的掺杂改性提供力学性能上的理论指导.