纳米铜杆拉伸变形的分子动力学模拟和有限变形表征

用分子动力学方法模拟纳米铜杆的拉伸过程，用有限变形列式表征纳米杆单向拉伸屈服前的应力和应变．结果表明：铜单晶纳米杆屈服前的最大弹性应变约为0．11；用有限变形应力、应变表征变形过程和材料性质与通常名义应力、应变表征相比有明显不同；纳米杆泊松比随应变增加而减弱，并从物理上解释了这一现象的原因。     

Au纳米耦合结构表面等离激元的EELS分析

应用透射电子显微镜中电子能量损失谱仪(TEM-EELS),对电子束激发的单晶Au纳米线耦合结构及单晶/多晶纳米薄膜的表面等离激元(SPs)特征进行分析.结果表明:直径约为10 nm的两单晶Au纳米线平行耦合时,单根纳米线和耦合结构中均存在位于2.4 eV 的SPs共振,耦合结构中SPs的纵模数增加;单晶及多晶Au纳米薄膜在1.4 eV附近存在SPs模式,相较于单晶薄膜,多晶Au纳米薄膜的SPs共振峰位出现明显红移.     

ZnO纳米杆的生长和发光特性研究

用简单的真空热蒸发纯Zn粉工艺,在顺逆气流不同的情况下,直接在硅片上生长出比较定向的单晶ZnO纳米杆阵列.用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电镜(HRTEM)和室温光致发光谱(PL),研究了ZnO样品的结构、形貌和光学性质.结果表明:ZnO纳米杆为具有六方纤锌矿的单晶结构,纳米杆沿着[0001]的方向生长,顺气流时顶部为完整六边形,逆气流时顶部为六棱锥.这种顶部形貌的不同,是由于顺逆气流对应不同的锌蒸汽压而引起的.光致发光谱表明制备的ZnO纳米杆具有较好的绿光光学性能.     

基于SEM纳米切削装置的设计与实验

针对目前纳米切削机理研究方法中切削过程无法在线高分辨力观测等瓶颈问题,设计并搭建了一套集成于扫描电子显微镜高真空条件下的纳米切削实验装置,开展了该实验装置的运动精度分析、典型单晶材料纳米切削在线观测等研究.该装置在切削及切深方向均能实现7,μm的位移输出,闭环分辨力为0.6,nm.通过白光干涉仪对纳米切削台阶加工结果的测量,分析装置运动精度,实现了切深分别为59.3,nm、115.1,nm和161.2,nm的台阶结构加工.利用直线刃金刚石刀具对单晶铜和单晶硅材料进行了纳米切削实验,实验结果表明所研制的纳米切削装置能够实现纳米尺度材料去除的在线高分辨力观测.     

铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜的制备与形貌研究

由水热腐蚀技术制得的铁钝化多孔硅作为基底,采用浸渍镀膜技术成功制备了铁钝化多孔硅/铜纳米复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、XRD等分析手段对比研究了铁钝化多孔硅在沉积前与沉积后的结构变化特点以及沉积时间对所沉积的铜薄膜的结构的影响.结果表明,在浸渍一定时间后,铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜继承了新鲜制备的铁钝化多孔硅的结构特点;同时,在溶液浓度保持不变的情况下,随着反应时间的的延长,铜的沉积量逐渐增加,铜纳米颗粒的平均晶粒尺寸逐渐长大.     

Fe/Cu纳米多层薄膜中内应力对其力学性能的影响

利用直流磁控溅射方法制备了Fe/Cu纳米多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、薄膜应力分布测试仪和纳米压痕技术研究了不同周期结构Fe/Cu纳米多层薄膜的内应力及其纳米力学性能.在Fe/Cu纳米多层薄膜中,由于铁和铜的结构和本征性能的差异,形成多层膜结构后存在张应力,其张应力在周期T=10时达到910.08 MPa,对应的纳米硬度为12.3 GPa.随着多层薄膜调制周期数T的增加而内应力逐渐降低,纳米硬度和弹性模量随着张应力缓释也出现下降.根据纳米薄膜内应力对其力学性能的影响,探讨了内应力与薄膜纳米力学性能的相关性.     

纳米SrTiO3的光声光谱

采用不同的灵敏度分段对纳米SrTiO3的光声光谱进行了测定,结果表明纳米SrTiO3的光学吸收边比单晶和薄膜有大于0.1eV的蓝移.10nm的样品蓝移量超过0.2eV.运用缺陷能级之间的电子跃迁解释了光声光谱中出现的吸收峰;运用尺寸效应解释了光学吸收边蓝移的原因.     

印制电子技术中纳米铜导电墨水的研制

以次磷酸钠(NaH_2 PO_2·H_2O)为还原剂,硫酸铜(CuSO_4·5H_2O)为前驱体,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,在一缩二乙二醇(DEG)有机液相溶液中采用化学还原法成功地制备了铜纳米颗粒.采用XRD、TEM、SEM、纳米粒度仪及IR对所制备的铜纳米颗粒的结构、形貌、粒径大小及表面物质进行表征.结果表明制备的纳米铜粒子为球型颗粒,分散较好,尺寸较为均匀,平均粒径约为27 nm,并且具有立方晶型结构,其表面被有机物包覆.涂布纳米铜导电墨水的样品,其在高于250℃的温度下烧结60min后得到导电铜薄膜.温度在300℃烧结后,导电铜薄膜更加致密,可以推测铜薄膜的导电性能会增加.     

Cu_2O的生成对CuO纳米薄膜电极锂离子电池特性的影响

以铜箔为基底,采用一步水热法制备CuO纳米结构薄膜,通过XRD、SEM、XPS对所制薄膜的形貌、成分进行分析,并测试CuO薄膜电极的锂离子电池特性,研究铜基底与CuO薄膜之间生成的Cu_2O对电池性能的影响。结果表明,较高反应温度有利于铜基底和薄膜之间Cu_2O的生成,且利于改善CuO薄膜纳米结构;140℃反应温度下生长出的CuO薄膜电极,其比电容和电容保持率均高于80℃反应温度下生长出的CuO薄膜电极,其电池循环能力更强,这与铜基底和CuO薄膜之间产生的Cu_2O层有关。     

Cu~(2+)/TiO_2纳米溶胶制剂光催化性能

以无机钛盐为原料,采用凝胶-溶胶法,制备二氧化钛纳米溶胶和掺入不同质量分数铜的Cu2+/TiO2纳米溶胶,对其进行表征。通过对甲基蓝光催化降解,对Cu2+/TiO2纳米溶胶和TiO2纳米溶胶的光催化活性进行比较,考察了聚合反应时间、表面活性剂、光照时间和强度、薄膜厚度、掺入铜离子浓度等因素对TiO2溶胶光催化活性的影响。结果表明,掺铜TiO2纳米溶胶的光催化活性较高,光催化性能优良,铜掺杂量为0.5%时效果较好。     

[110], [112], [111]晶向钨纳米线拉伸微结构演变

采用嵌入原子势,使用分子动力学方法,模拟研究了[110]、[112]和[111]三个晶向钨纳米线的拉伸弛豫过程的微观破坏机理.并引入共近邻分析方法、配位数及中心对称参数法来分析它的结构和形状的演化过程.结果表明:不同晶向的纳米线拉伸时具有不同的力学性能,[111]晶向具有最大的弹性模量、屈服应变、屈服强度与断裂应变,其次是[110]晶向,最后是[112]晶向.晶向对弹性模量的影响较小,但对屈服应变、屈服强度、断裂应变影响较大.模拟结果还表明:这三个晶向均具有弹性、损伤、屈服及颈缩断裂四个阶段,且发现[112]晶向具有强化阶段,即应力随应变的增加而增加,重新恢复承载能力,但其断裂应变最小.并给出了这三种不同晶向拉伸断裂的机理.     

微裂纹起裂扩展机理的晶体相场模拟

【目的】研究初始晶向倾角为15°的样品分别在垂直和水平方向上,单轴拉应变作用下的纳观尺度裂口发射位错与裂纹扩展行为,了解韧性裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级韧性裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场(PFC)方法观察15°晶向倾角下位错发射与裂纹扩展演化图及其对应的应力曲线图。【结果】垂直和水平不同方向拉应变作用下裂纹扩展方向不同,但裂纹都是韧性断裂模式扩展;当单轴拉应变作用达到临界值时,样品裂口开始发射滑移位错,随着外应力的增大,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位长大连通形成裂纹并与主裂口相连,裂纹随着位错运动而扩展。【结论】在韧性裂纹扩展中,位错发射的运动对韧性裂纹扩展演化有重要影响。     

拉应力作用下晶界位错运动过程的晶体相场模拟

【目的】研究晶界位错在受到拉应变作用下的运动规律。【方法】采用晶体相场(Phase-field-crystal,PFC)方法研究拉应力作用下位错的动态演化过程,分析演化过程体系自由能。【结果】改变拉应力的施加方向,沿x轴施加拉应力时,位错运动呈现"左上右下"运动趋势,沿y轴施加拉应力时,位错运动呈现"左下右上"运动趋势。改变拉应力的施加方向对位错的运动及自由能曲线产生明显的影响。最终位错都运动到液相区,模拟区域成完整单晶。【结论】拉应变施加导致位错运动,体系能量上升,在方向不同的正应力的作用下,位错运动方式不同,体系原子之间跟随着外力场的作用作耦合运动,实现施加拉应变的物理效果。     

铜纳米线拉伸断裂过程的原子尺度分子动力学模拟

基于经典力学势函数的分子动力学模拟方法研究铜纳米线的拉伸断裂过程,并分析断裂前应力、应变和位错行为的关系及断裂后的形貌演化.结果表明:纳米线两端的锥形结构可阻塞位错运动,从而提高其断裂强度;断裂后断口处尖锐的尖端结构形貌会发生自发的回缩和钝化,该过程是尖端上储存的弹性能和的高能结构(如孤立原子、孪晶界和表面弯折等)的自我修复,最终在表面上形成许多能量较低的(111)小平面所致;其物理机理是在温度激活下的能量最小化过程.     

不同晶向取向的裂纹扩展演化模拟

【目的】研究具有不同初始晶向倾角的样品在单轴拉应变作用下的纳观尺度裂纹扩展行为,了解裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场法观察不同晶向倾角下裂纹的扩展演化图及对应的应力分布图。【结果】当拉应变作用达到临界值时,无预应变的样品裂口开始起裂,并伴随着位错出现。在晶向倾角为0°、5°时,裂口在起裂时,缺口两端裂纹和裂口相连接,裂纹主要是解理脆性断裂模式扩展;在晶向倾角为10°时,裂口向左右两边各发射一个位错,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位连通形成裂纹再与主裂口相连,裂纹主要是韧性断裂模式扩展。【结论】不同晶向取向对裂纹的扩展演化有重要影响。     

基于拓扑信息的多裁剪自由曲面的孔洞填充

以标准文件IGES创建的多裁剪曲面模型为研究对象,以图论为研究工具,建立了曲面的拓扑信息,并根据多裁剪曲面模型中孔洞的起源和相对尺寸大小,提出了不同的自动填充策略.特别对产生于多个裁剪曲面之间的内孔,采用了插值于边界跨界切矢曲线的双三次混合Coons曲面进行填充,使填充曲面与周边型面达到一阶几何连续,为最终的设计模型提供了良好性质的几何型面.实验表明整个算法稳定可靠,适应性强,并具有良好的通用性.     

Tensile and compressive behavior of Ti-based bulk metallic glass composites

This article focuses on the tensile and compressive characteristics of a Ti-based bulk metallic glass composite (BMGC). It is found that the yield stress, maximum strength, and fracture strain are 1380 MPa, 1516 MPa, and 4.3% for uniaxial tension, but 1580 MPa, 4010 MPa, and 29% for uniaxial compression, respectively. The composite displays a linear “work hardening” capacity under compression; however, the “work softening” behavior is observed in the true engineering stress-strain curve upon tensile loading. The fracture surfaces of specimens also exhibit dissimilar properties under the different loadings.     

Controlling charges distribution at the surface of a single GaN nanowire by in-situ strain

Effect of the strain on the charge distribution at the surface of a GaN semiconductor nanowire (NW) has been investigated inside transmission electron microscope (TEM) by in-situ off-axis electron holography. The outer and inner surfaces of the NW bent axially under compression of two Au electrodes were differently strained, resulting in difference of their Fermi levels. Consequently, the free electrons flow from the high Fermi level to the low level until the two Fermi levels aligned in a line. The potential distributions induced by charge redistribution in the two vacuum sides of the bent NW were examined respectively, and the opposite nature of the bounded charges on the outer and inner surfaces of the bent NW was identified. The results provide experimental evidence that the charge distribution at the surfaces of a single GaN NW can be controlled by different strains created along the NW.     

高度方向尺寸对铝蜂窝面外力学性能的影响

对10种不同高度的正六边形商用铝蜂窝进行了加载速率为6 mm/min的面外单轴压缩实验,以此来确定高度方向的尺寸对铝蜂窝力学性能(曲线模量、弹性模量、峰值应力、平台应力以及密实化应变)的影响,并对各尺寸试样的力学性能进行了比较。实验结果表明:铝蜂窝试样高度方向的尺寸对其峰值应力、以及平台应力几乎没有影响,但是密实化应变和弹性模量对蜂窝试样的高度方向的尺寸是敏感的,并且均随H/d增大而增大,对于密实化应变在H/d3.46时趋于稳定,而高度尺寸直到H/d4.16对弹性模量的影响才消失。其中H为蜂窝试样高度方向的尺寸,d是蜂窝细胞的尺寸。为了获得铝蜂窝结构稳定的力学参数,蜂窝试样高度尺寸与其胞元尺寸的比值至少应大于4.16。