高温应变作用下小角度晶界湮没过程的晶体相场模拟

【目的】采用晶体相场模型模拟应变作用下晶界的变形过程。【方法】分别模拟了对称倾侧双晶体系在远离熔点温度和接近熔点温度时,在外加应力作用下小角度晶界的湮没过程。【结果】研究表明,小角度晶界同一侧晶界处相邻位错组的柏氏矢量夹角为60°,并且当体系接近熔点温度时,晶界处位错组周围出现预熔区域。【结论】晶界处的位错组在应力作用下进行滑移运动,两种情况中晶界位错的湮没规律基本相同,但由于预熔情况的出现,使得位错运动的阻力降低,位错运动的速度较快,湮没时体系能量减小得更多。     

变形晶粒三叉晶界迁移过程的晶体相场模拟

【目的】研究纳米多晶材料受力变形过程中微观结构(如内部晶界,位错等)的演化过程,揭示纳米多晶材料受应力作用的微观机理。【方法】通过晶体相场(Phase field crystal,PFC)模型,模拟多晶样品在外加应力作用下的变形过程,分析内部畸变能的变化情况。【结果】在外加双轴动态加载作用下,当应变较小时,样品中的晶粒没有发生较大的变形,以位错沿着晶界运动为主。随着应变的增加,样品开始出现晶粒旋转、晶粒吞并、大小角晶界迁移运动、三叉晶界发射和接收位错等现象。晶界释放位错有助于减少晶界表面能;吸收位错则增加了晶界表面能。【结论】晶体相场方法可以有效模拟多晶体材料塑性变形过程的微观结构演化。     

单层Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜电子结构与光学性质的理论研究

文章利用第一性原理计算研究了厚度为1QL(quintuple layer)的Bi_2Se_3单层薄膜的成键特点、电子结构和光学性质。电荷密度差分分析表明,1QL薄膜内Bi与Se原子层间除表现为强度不同的共价键成分外,还有电荷转移引起的弱的离子键成分。光学性质计算表明,薄膜的光学性质表现出不同于体相的特征。介电函数虚部在低能区和高能区分别出现2个多峰结构,而且相对于体相,2个多峰结构分别发生明显的蓝移和红移现象。低能区的蓝移与近期的实验结果是一致的,而高能区的红移是首次预测的。结合电子结构计算,把蓝移和红移归因于表面电子态之间以及表面与体电子态之间耦合作用所致。此外,相对于体相,在介电函数实部和电子能量损失谱中也观察到峰位移动,而且反射系数的多峰结构的能量分布范围比较广,表明薄膜具有较低的光学透明度。     

纳米薄膜尺度依赖的杨氏模量及表面应力导致的弯曲

考虑纳米薄膜表面弹性及其作用厚度得到了纳米薄膜尺度依赖的杨氏模量的表达式.通过考虑表面层厚度,引入了表面效应的二级和三级修正,这有助于对纳米薄膜弹性性质进行更深入的研究.针对纳米薄膜上、下两个表面上表面应力不平衡的情况,由能量极小原理得到了表面应力导致的单层纳米薄膜的弯曲公式.通过将本文弹性(及弯曲)理论同前人工作进行比较,研究了表面层厚度对薄膜弹性性质影响的规律,揭示了本文理论与前人理论的内在联系.     

薄膜的晶格失配应力分析

随着薄膜的应用范围愈来愈广,薄膜内应力研究在薄膜基础理论和应用研究中起到十分重要的作用。本文在研究薄膜内应力与应变关系的基础上,通过建立力学模型,给出晶格失配应变和应力,并讨论了失配位错应力及允许产生位错的薄膜临界厚度。     

一维六方准晶压电材料中螺型位错与椭圆孔口的相互作用

目的根据点群6mm一维六方准晶的位错理论,通过一维六方准晶压电材料反平面问题的控制方程,研究含螺型位错与椭圆孔口相互作用时的应力场和电场的相互关系。方法根据复变函数方法,引入适当的保角变换,将椭圆孔口问题映射到单位圆来讨论。结果 1)得到了一维六方准晶压电材料含螺型位错时电弹性场的解析表达式;2)得到了椭圆孔口与螺型位错相互作用时应力强度因子解析表达式。结论由螺型位错与椭圆孔口的相互作用结果,这为研究一维六方准晶压电材料位错问题和断裂问题提供了重要依据。     

Cu薄膜应力的计算机模拟与表征

用Monte Carlo法以Cu为例对薄膜生长过程中薄膜应力进行计算机模拟。将分子动力学法引入到连续体薄膜的生长过程中,通过面上的假想力来实现薄膜应力的计算机模拟.模拟结果表明,在一定原子入射率和基底温度下,在薄膜厚度极其薄的情况下,薄膜应力随薄膜平均厚度的增加而增大,薄膜应力随薄膜表面粗糙度的增大也增大,薄膜应力—厚度随原子沉积个数趋向于线性关系,并且模拟了薄膜应力与薄膜表面粗糙度以及沉积时间的关系曲线。     

拉曼光谱法研究微晶硅薄膜应力梯度

采用拉曼光谱法研究了不同退火时间下的微晶硅薄膜应力。结果发现样品的应力梯度并不随着退火时间的增加而增大。而是存在最大值,这可能与晶粒尺寸有关,且靠近玻璃衬底的薄膜有较高压应力,由衬底到薄膜表面压应力逐渐减小,直到表面变为拉应力。     

陶瓷表面金属化Cu薄膜应力调控

利用直流磁控溅射方法在AlN陶瓷表面沉积了单层Cu薄膜,采用X射线衍射方法研究了沉积温度对薄膜应力的影响,并用有限元方法模拟不同温度下沉积的Cu薄膜中的热应力及变形分布情况.沉积的薄膜应力表现为张应力,并随沉积温度的升高先增大后减小,沉积温度为200℃左右时,薄膜应力达到最大值;在AlN表面引入过渡界面可明显地减小薄膜应力,并根据微观结构和物理性质的变化等对薄膜应力的变化进行了解释.     

金属脆断应力的Hall-Petch关系

本文把多晶体材料中的滑移带和形变孪晶带当做片状夹架,采用位错连续分布方法,导出了脆性开裂的一些重要结果。根据这些结果即可得到脆断应力的Hall—Petch关系.我们进一步讨论了裂纹位错分布的一些特征,以及应力强度因子中F的变化行为,并做出了F_(mi)—αf曲线.将结果应用于计算孪晶和滑移脆断的Hall—Petch关系,理论值与实验结果比较满意地符合。