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。     

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     

纳米铝团簇初始氧化过程分子动力学模拟

为了研究铝团簇在不同氧化剂中氧化特性及机理,采用ReaxFF反应力场分别对Al-O₂和Al-H₂O系统的初始氧化过程进行了模拟. 在Al-O₂系统中,环境温度决定初始氧化过程铝团簇周围是否出现单独Al原子,且存在一个温度阈值,当低于温度阈值时不会出现单独Al原子. 在Al-H₂O系统中,研究了初始水分子数和温度对初始氧化过程的影响. 研究结果表明,水分子对铝团簇表面吸附的水分子离解过程具有促进作用. 分析了直径为2 nm铝团簇与水发生反应的机理,并与Al_n（n=3～20）团簇与水分子反应机理进行了比较,发现纳米铝团簇与水分子反应机理在不同初始水分子数和温度下存在明显差异.      

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。     

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.     

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。     

空位缺陷对zigzag型石墨烯纳米带电子结构的影响

为了了解空位缺陷对zigzag型石墨烯纳米带电子结构的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算含不同空位碳原子数的缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电子结构。研究结果表明:含缺陷的zigzag型石墨烯纳米带都呈现出类金属性的电子结构特征,其电子结构与缺失碳原子的含量及缺陷位置附近碳原子的饱和度密切相关;缺陷的存在会引入缺陷能级,当缺失的碳原子数为奇数时,费米面附近存在3条能级;当缺失的碳原子数为偶数时,费米面附近只有2条能级;随着空位缺陷的增加,缺陷处碳原子的不饱和度也增加,从而费米能附近的态密度峰出现相应衰减。     

含缺陷双层碳纳米管轴压屈曲的分子动力学模拟

为充分了解双层碳纳米管的力学性能,采用分子动力学模拟方法对双层碳纳米管的轴压屈曲变形进行了研究,针对双层碳纳米管的内、外管均为完善管或外管为完善管而内管存在不同缺陷的情况,着重分析对比了内、外管的单壁承载性能及变形特性． 结果表明两支单层碳纳米管嵌套形成双层碳纳米管后,无论内管是否存在缺陷,内、外管的单管承载能力均大幅提高,且当内管单独受压产生屈曲变形时,双层碳纳米管的内、外层管变形并不协调．     

环状酪氨酸二肽自组装行为的分子动力学模拟

基于GROMOS（Groningen Molecular Simulation）力场,利用分子动力学（molecular dynamics, MD）研究环状酪氨酸二肽在水溶液中的自组装行为,探究二肽温度对自组装结构的影响。结果表明,温度不同时,环状酪氨酸二肽可以形成两种结构,在273 K和403 K时会形成纳米球,在298~343 K时会形成稳定的纳米柱结构,这可能是由于高温情况下氢键会发生断裂。其中,库仑力、范德华力、氢键协同作用,共同影响环状酪氨酸二肽的组装行为。     

温度和加载速率对位错发射影响的原子级模拟

以Ａｌ为研究对象，采用ＥＡＭ势实施分子动力学模拟，在Ｉ型和Ⅱ型加载条件下，研究了温度和取向对位错发射，裂纹脆性及韧性扩展的影响，模拟结果表明，升高温度计等发射位的临界应力强度因子按指数规律降低，加载国速度在一定范围内将影响临界应力强度因子，临界应力强度因子随着加载速度的增大而增大。     

液态Al2O3结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同温度、不同压力下液态Al₂O₃体系的结构,讨论了温度和压力对于体系结构的影响。模拟计算了体系的双体相关函数、最近邻配位数、键长值、以及键角分布,并给出了原子水平的瞬时结构图形。计算结果与已报道的实验结果相符,并比以往的模拟更接近实验事实。模拟的结果还得到了键价理论的验证。模拟的液态Al₂O₃结构主要为AlO₄^5-四面体单元,大多数四面体间由一个连接三个四面体的氧原子连接。在模拟的温度和压力范围内,发现温度和压力都不对体系结构造成影响。     

有限元和分子动力学结合的纳米梁研究方法

给出了一种新的有限元与分子动力学相结合的纳米梁的模拟方法.其基本思想是在分子动力学初始化的基础上进行有限元分析,在有限元分析结果的基础上通过分子动力学松弛模拟,这样既保证了计算结果的精度又使计算速度得到大幅度提高,克服了传统分子动力学效率低的缺点.通过纳米梁性能的研究实例详述了结合过程.     

无定形态Al2O3结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了无定形态A l2O3的结构,讨论了压力对于体系结构的影响。模拟计算了体系的双体相关函数、最近邻配位数、键长值、以及键角分布,并给出了原子水平的瞬时结构图形。计算结果与已报道的实验结果相符,并比以往的模拟更接近实验事实。模拟的结果还得到了键价理论的验证。模拟的无定形态A l2O3结构主要为(A lO4)5-四面体单元,大多数四面体间由一个连接三个四面体的氧原子连接。这与液态A l2O3短程内的结构是一致的。在模拟的范围内,压力对原子的配位数有一定影响。     

等变形压加载下单晶铝fcc-bcc相变的分子动力学模拟

采用EAM势,利用分子动力学方法模拟了单晶铝在高速率等变形压加载条件下的fcc-bcc的结构相变.模拟结果表明,在等变形压加载条件下,单晶铝在加压至270GPa左右,体积缩小至0.55 V0时,由面心立方结构转变为体心立方结构.这一结果与第一原理计算的结果大致符合.     

含空位晶体的衍射动力学

空位会对材料相变、晶体生长、原子扩散等结构演变过程产生重要影响,并对材料的物理、力学性能产生重要影响,但是如何对空位进行表征,从而捕捉材料内部的空位并直接观察其形态特点一直很困难.笔者用散射矩阵法研究了含空位晶体的衍射强度,把空位考虑成刚体球,并且引入\"真空体\"去反映空位对晶体的衍射影响,计算了晶体的衍射强度随空位位置的变化,并对一些影响因素进行了讨论.     

梯度拉伸下锯齿型石墨烯褶皱的分子动力学模拟

针对梯度拉伸荷载作用下正方形锯齿型石墨烯薄膜的褶皱变形进行了分子动力学模拟． 研究了石墨烯表面形成褶皱的发展、演化过程,揭示了边界条件和荷载条件对石墨烯褶皱变形的重要影响,得到了褶皱波幅、波长、离面位移和褶皱方向角等随加载位移的变化规律,研究了石墨烯尺寸、温度和荷载梯度对石墨烯褶皱变形的影响． 结果表明:褶皱的发展、演化过程可分为褶皱前期、中期、后期、末期 4 个阶段;随着加载位移增加,褶皱幅值、幅值波长比和最大离面位移逐渐增大,褶皱波长和方向角则减小;尺寸和温度对石墨烯褶皱都会产生重要影响,而荷载梯度对石墨烯褶皱影响甚微．     

吸附诱导表面应力的分子动力学模拟

应用分子动力学方法结合镶嵌原子势,模拟研究了同质吸附Cu/Cu(100)和异质吸附Al/Ni(100)纳米薄膜中的吸附诱导表面应力.结果表明吸附原子对表面应力的影响主要源于两种原子间的相互作用;吸附原子和底物表面原子的结合将导致底物表面原子之间的化学键的强度减弱和平衡键长增加,从而导致表面压应力增加;吸附原子之间的相互作用也导致表面应力的变化,吸附原子间的吸引作用导致表面拉应力,而排斥作用导致表面压应力.这两种原子间相互作用所引起的表面应力与吸附原子的密度密切相关,吸附原子与底物表面原子的结合所引起的表面应力的大小与吸附原子的密度成线性关系,而吸附原子间的相互作用所引起的表面应力与吸附原子密度间呈非单调的依赖关系.     

铝、锆液固态转变和动力学性质的第一性原理分子动力学研究

采用第一性原理分子动力学(Ab Initio Molecular Dynamics,AIMD)方法研究了Al和Zr液固转变过程中的能量、偶关联函数、结构因子和键对分布的变化规律,获得了不同温度下两种金属液体的扩散系数和黏度.结果表明,AIMD计算得到的液态金属偶关联函数、结构因子和扩散系数与实验测量数据符合得很好.在冷速为5.0×1013和2.5×1013K/s时,液态Al分别在730K附近发生玻璃化转变或者形成有一定缺陷的fcc晶体结构.在平均冷却速率为4.3×1013和2.0×1014K/s的条件下,液态Zr在1200K时分别开始转变为热力学上亚稳定的bcc结构和玻璃相.Zr的液态和玻璃态结构中二十面体和bcc类型短程序是其主要拓扑短程序.