Si晶体中60°位错与空位缺陷相互作用的分子动力学研究

为了研究晶格常数不匹配的异质结结构(Si1-xGex/Si)在生长过程中低温缓冲层内的位错运动特性,在Si晶体中建立了60°位错偶极子,以及相对于位错不同空间位置的5种六边形环状空位缺陷模型.基于分子动力学理论,并通过Parrinello-Rahman方法施加剪应力使位错运动,研究了不同空间位置空位缺陷对于60°位错运动的影响,发现各种类型的空位缺陷均会阻碍位错运动,导致位错线弯曲,而位错远离空位缺陷的部分在交会过程中出现了先加速、后减速的现象.模拟结果表明:使位错不被钉扎住的临界外加剪应力随着温度的上升而减小,在上述模型中当温度达到300K以上就稳定于0.6 GPa附近,小于SiGe体系中的失配应力,说明空位缺陷不会成为60°位错的钉扎点,仅会对其运动产生迟滞.     

Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP(Environment-Dependent Interatomic Potential)势函数的分子动力学模拟,得到了左弯结-重构缺陷(LC)和右弯结-重构缺陷(RC)在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程,同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线.通过NEB(Nudged Elastic Band)方法结合紧束缚势函数,计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒,验证了分子动力学结果的正确性.计算结果表明,含有重构缺陷(RD)的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度,验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论,并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析,从微观尺度上对这一结论进行了解释.     

氩单原子嵌入晶体过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术研究氩单原子嵌入基体时发生的变形过程，揭示了基体温度、嵌入速度对界面法向力、材料变形行为的影响。模拟结果表明L－J固体中位错运动的方向与宏观塑性流动相一致，压缩屈服强度随着基体温度的增加和嵌入速度的减小而降低。     

Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP（Environment—Dependent Interatomic Potential）势函数的分子动力学模拟，得到了左弯结-重构缺陷（LC）和右弯结-重构缺陷（RC）在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程，同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线．通过NEB（Nudged Elastic Band）方法结合紧束缚势函数，计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒，验证了分子动力学结果的正确性．计算结果表明，含有重构缺陷（RD）的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度，验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论，并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析，从微观尺度上对这一结论进行了解释．     

晶体镍中氦泡生长的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟了面心立方金属镍中氦泡的膨胀和融合过程。通过原子分布示意图、径向分布函数等方面的分析研究发现,在温度较低时,随时间的演化,原相隔五层镍原子的两氦泡逐渐聚拢,同时周围出现大量空位、间隙原子、位错等缺陷结构;两氦泡最终连为一体,氦泡周围的镍原子构成一菱形位错区域。温度较高时,两氦泡融合速度加快,融合区域增大,这对于研究材料中的杂质、缺陷、孔洞、裂纹的扩展、贯通机理具有重要意思。     

裂纹尖端位错发射与运动的分子动力学模拟

带缺陷的高强度X80管线钢基体相α-Fe裂纹顶端的变形机理对于揭示该材料的失效机理是非常重要的.采用嵌入原子方法（EAM）描述原子间作用势,由大型分子动力学并行软件LAMMPS（Largescale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）,建立足够大的模型以避免边界对位错发射与运动的影响,对中心裂纹板施加远场应力载荷,获得了裂尖发射位错的临界应力强度因子.模拟结果显示,在远场应力作用下,裂纹尖端出现了间歇性发射出位错的现象,即,首先在裂尖沿［1 1〖     

三维晶体中刃位错引起的相变理论及其实验验证

基于Kostenlitz和Thouless的缺陷引起的相变理论,本文研究三了维晶体中刃位错引起的熔化理论。考虑到熔化总是发生在固体表面这一实验事实,文中导出了晶体表面相变温度T_(SC)作为晶体理论熔点。所引用的9种晶体的实验数据表明,T_(SC)与各晶体实验熔点T_m的相对误差均小于34％,处于本文理论的误差估计范围之内。     

Si在Si（111）表面吸附过程的分子动力学模拟

利用Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能的硅原子在Si(111)表面的吸附过程.对100K时,初始入射动能分别为5,15,25,30eV的硅原子从6个不同位置轰击Si(111)表面进行了模拟,观察到了硅原子在Si(111)表面形成的吸附结构,并讨论了不同入射位置和入射能量对吸附结构的影响.结果表明,硅原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程,而硅原子入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟了沉积机制.     

双位错滑移运动的晶体相场模拟

【目的】研究晶体位错运动对材料加工力学性能的影响。【方法】应用改进晶体相场(Phase-field-crystal,PFC)模型,研究剪切应变作用下晶体的双位错的滑移运动特征。【结果】在应变作用下,体系的双位错只作滑移运动,运动方向平行且相反,保持匀速运动,不出现攀移运动;应变率较小时,位错作滑移运动,越过势垒需要一定孕育时间,此时滑移出现颠簸式运动特征;应变率较大时,位错滑移运动呈匀速直线运动。【结论】PFC模型能较好地用于研究位错在应变作用下的运动。     

单壁空位缺陷碳纳米管稳定性的分子动力学

采用分子动力学模拟研究了单壁空位缺陷碳纳米管的结构稳定性,结果表明,当空位缺陷低至6.25%时,碳纳米管比较稳定;当空位缺陷在6.25%~12.50%范围内,碳纳米管不稳定,出现局部熔化的现象;而空位缺陷大于16.67%时,碳纳米管会破裂蒸发而不再存在。研究还表明,碳纳米管中的空位缺陷对其结构有着极大的影响,而且少量的空位缺陷(10%左右)就可以使碳纳米管发生形变扭曲。在低于3 500 K时,空位缺陷对碳纳米管结构稳定性影响的主要因素是缺陷的多少,随着温度的变化并不显著。     

Molecular Dynamics Simulation and Experimental Proof of Hydrogen-enhanced Dislocation Emission in Nickel

A quasi three dimensions molecular dynamic method was used to simulate the effect of hydrogen on dislocation emission and crack propagation in nickel. In situ observation in a transmission electron microscope (TEM) was used to confirm the simulation results. The simulation result indicated that hydrogen solubilized in nickel decreased the critical stress intensity for the dislocation emission, i.e., hydrogen enhanced dislocation emission. In situ observation in TEM showed that hydrogen enhanced dislocation emission and motion before the initiation of hydrogen-induced crack.     

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。     

金刚石单空位的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了金刚石中单空位的最近邻原子和次近邻原子的弛豫过程,计算所用的碳原子间相互作用势为Tersoff多体经验势.结果表明,单空位的最近邻原子是向外弛豫的,平均弛豫幅度约为2×10     

单晶晶须螺位错旋转方向的判定与性质的研究

结合化学浸蚀法光学观察和X射线形貌技术,本文提出了一种不破坏单晶晶须样品而判定螺位错旋转方向的方法,并对Nacl单晶晶须进行了研究,得到了一些有趣的结论。     

基于分子动力学模拟的含缺陷石墨烯力学性能的研究

基于分子动力学模拟的方法,研究了空位缺陷的位置、形状以及原子缺失率对石墨烯杨氏模量的影响。研究结果表明,单空位缺陷的位置对石墨烯杨氏模量有一定的影响,当施加应力方向与边缘缺陷的截面方向相同时,边缘缺陷比中间缺陷使得石墨烯的杨氏模量下降更少。研究结果还发现,映射横向长条状缺陷、映射纵向长条状缺陷、映射圆孔状缺陷和随机缺陷都使得石墨烯杨氏模量随着原子缺失率的增大而减小。对于映射圆孔状缺陷和随机缺陷,锯齿型石墨烯杨氏模量减小的幅度与扶手型的减小幅度相差不大。对于映射横向长条状缺陷和映射纵向长条状缺陷,锯齿型和扶手型石墨烯杨氏模量的减小幅度相差较大,这与石墨烯的手性矢量方向和条状缺陷方向是否一致有关。     

基于分子动力学的纳米压痕形变过程模拟

采用分子动力学方法模拟了金刚石压头压入Fe基体的纳米压痕全过程．研究了加载和卸载时基体的原子组态、载荷一位移曲线以及位错的发射和变化．分析了基体的塑性形变机理．发现压人深度为0．69nm时出现位错．随压入深度的增加位错长大成环,基体塑性形变加剧．卸载过程中位错环不断减小,当压头恢复到起始位置后,基体中心残留有位错环,产生了永久塑性形变,位错环的存在是基体产生永久塑性形变的关键因素．     

前角对单晶镍纳米加工影响的分子动力学仿真

应用分子动力学仿真研究了单晶镍的纳米加工过程.通过研究加工力的变化规律,发现加工初期加工力剧烈波动与工件中产生了较大体积的层错结构有关.采用不同前角的刀具进行了一系列加工仿真,结果表明:在刀具前角的增大过程中,加工力及前刀面与切屑之间的摩擦系数逐渐减小;由于前角的增大使刀具对切屑的推挤作用与切屑的整体弯曲减弱,切屑高度增加及切屑中完好的FCC原子比也逐渐增加;工件亚表面的缺陷原子数目逐渐减少,损伤深度也呈减小趋势.采用负前角加工时,工件亚表面损伤较严重,出现了层错四面体结构和LC位错;工件内部高温原子数随刀具前角的增大而逐渐减少,并且工件的温度分布以刀具圆角为中心向工件内部辐射.     

关于刚体运动学中建立动系的问题

本文强调指出，刚体运动学中，既可建立与刚体相固连的动系，也可建立与刚体不固连的动系，刚体运动学公式的形式均不受影响，究竟应怎样建立动系，完全视问题研究的方便而定，从而消除了某些文献就此问题可能导致的疑惑。