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。     

尺寸效应对纳米银杆拉伸力学特性的影响

采用分子动力学方法研究了圆柱纳米银杆沿[001]晶向单向拉伸时的力学特性，纳米银杆拉伸时所表现出的特性与其宏观特性基本一致．拉伸过程分为弹性变形和塑性延展2个阶段：在弹性变形阶段，应力随应变的增大呈线性增大；在塑性延展阶段，应力则表现出反复振荡，系统由一种结构经错动、滑移演化为另一种结构，是造成此种现象的一个重要原因．研究结果表明，随纳米银杆整体尺寸的增大，纳米杆的弹性模量增大、弹性极限应力减小，并都随整体尺寸的增大而趋于宏观值．随着纳米杆单方向的减小，纳米银杆的弹性模量和弹性极限应力均有不同程度的增加，并不随单方向的增加表现出趋于宏观值的一致规律．     

镶嵌结构锗纳米晶电输运的研究

利用离子注入然后退火的方法制备了镶嵌有锗纳米晶的二氧化硅复合薄膜,从拉曼散射和透射电镜测量了解到薄膜中镶嵌有5~7nm大小的锗纳米晶层.研究了锗纳米晶层在常温和低温下的电输运性质.结果表明:锗纳米晶在100K~300K温度范围内符合莫特变程跳跃电导(VRH)导电,100K以下的低温电导基本上是一常数,导电主要是电子在相邻纳米晶之间的直接跃迁;经退火可消除离子注入引入的缺陷,能增加薄膜的电导;对由3×1017cm-2注量锗离子注入制备的薄膜观察到半导体向金属导电的转变.     

压电微悬臂梁探针的制作工艺研究

为实现压电探针在纳米器件表征和加工领域的应用,设计并制作了一种压电微悬臂梁探针.采用各向异性湿法腐蚀的方法得到纳米级硅针尖,用局部压电层方法解决了压电微悬臂梁探针制作过程中探针、压电薄膜和微悬臂梁之间的工艺兼容性问题.使用微力传感器测试平台对尺寸为450μm×70μm的压电悬臂梁探针进行测试,结果表明,这种尺寸的压电悬臂梁探针的弹性常数为21.17N/m,与理论计算值相符.通过对压电探针的设计制作,总结了湿法腐蚀-干法刻蚀等工艺的结合方案,为压电探针的广泛应用奠定了基础.     

纳米铜单晶拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了绝对零度时三种不同边界条件下纳米铜单晶的拉伸力学性能。计算结果发现：不同边界约束对钢单晶的内在原子运动和整体力学行为有明显影响;纳米杆、纳米薄膜良好的延性主要来源于位错运动;铜单晶块体的破坏源于内部孔洞的发展,破坏时延性较差;此外,纳米杆、纳米薄膜存在较大的表面张力。     

不同晶向银纳米杆的热稳定性研究

采用三维分子动力学模拟方法，以面心立方金属银为研究对象，以尺寸和总原子数相近的三个不同晶向［110］、［11-2］、[11-1-］纳米杆为模拟模型，基于Finnis-Sinclair型嵌入原子法（EAM）多体势，模拟研究了不同晶向纳米杆结构在常温及其在不同温度直到熔化过程中的变化，计算得到了其不同温度的平均势能及熔点.模拟结果表明，［110］晶向纳米杆热稳定性最高，其次是［11-2］晶向纳米杆，最低的是［11-1-］晶向纳米杆.     

基于微纳结构的制冷器

采用分子动力学模型对纳米结构的导热系数进行了计算.计算结果表明,在硅纳米线结构中,纳米结构的热传导系数的降低不仅是由于边界散射的增强,同时,声子色散曲线的变化使得声子群速度降低,造成不同波带能量差减小,从而强化了U散射过程,导致热传导系数进一步降低.在理论研究的基础上,采用微加工工艺在1.2μm厚的Ⅲ-Ⅴ族InGaAs/InGaAsP超晶格薄膜上加工出截面积为50μm×50μm热离子制冷器.实验结果表明,在环境温度30℃时,制冷器可获得最大2℃温差.数值模拟结果表明,接触电阻制约了器件性能的提升,如不考虑这个非理想因素,器件的最大制冷温差可达到10℃.     

Ti—B—N纳米复合薄膜的制备及结构和力学性能

利用反应磁控溅射方法在(100)单晶硅和高速钢(W18Cr4V)基片上制备出不同B含量的Ti--B--N纳米复合薄膜.使用X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了Ti--B--N纳米复合薄膜的组织结构,并用纳米压痕仪测试了它们的纳米硬度和弹性模量.结果表明:通过改变TiB2靶功率和Ti靶功率的方法可制备出非晶--纳米晶复合结构的Ti--B--N薄膜;Ti--B--N薄膜中主要含有TiN纳米晶,随着B含量的增加,形成的TiN纳米晶尺寸变小,非晶成分增加;当B含量很高时会出现很小的TiB2纳米晶,此时薄膜性能不好;当TiN晶粒尺寸为5 nm左右时,Ti--B--N薄膜力学性能最优,纳米硬度和弹性模量分别达到32.7 GPa和350.3 GPa.     

纳米氩颗粒导热性能的非平衡分子动力学模拟

为了研究尺寸变化对纳米颗粒导热的影响,采用非平衡分子动力学模拟方法研究了固定原子壁面边界条件下,平均温度在45 K、边长为3.186～12.744 nm的立方形和半径为4.248～10.62 nm的球形2种纳米Ar颗粒的热导率,并与其他研究者的结果及薄膜的模拟值进行了对比.模拟结果表明,在固壁边界条件下, 2种颗粒的热导率均随着尺寸的增加而趋向块体值,但均小于相同厚度、相同边界条件的Ar薄膜的热导率;球形颗粒的热导率小于边长与其半径相等的立方形颗粒的热导率.     

银纳米杆中原子能量分布特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和嵌入原子法（EAM）多体势函数,模拟研究了银纳米杆能量分布特征在不同温度直到熔化过程中的变化。结果显示：纳米杆中原子的势能分布曲线呈现多个分立的峰;随着温度的变化,分布曲线各个峰的位置保持不变,但峰高和峰宽明显变化;纳米杆熔化后这种能量分布特征完全消失,只有一个宽化的峰。模拟结果分析表明：纳米杆中原子势能分布曲线中每个峰对应于一定的最近邻原子数,纳米杆中每个原子的势能所处峰位由其最近邻原子数决定,偏离峰值程度则由其次近邻原子数决定。     

Al-Li系统性质的第一原理计算(英文)

用第一原理方法对铝、锂及铝锂二元系统金属间化合物的稳定和亚稳相的原子体积、弹性性质及形成焓等热力学性质进行了计算,结果表明:计算的平均原子体积略大于实验值,计算的体积模量与已有的实验值符合得比较好,对铝锂系统来说,计算的体积模量随锂的浓度的增加单调下降.对铝锂系统的稳定和亚稳定相的形成焓的计算表明,最稳定相为B32结构的Al-Li金属间化合物.     

非立方矿物的弹性常数和等压膨胀对温度的依赖性

根据固体的弹性模量对温度的依赖性能了解高温下的热弹性性质,我们得到了弹性模量与等压体积膨胀存在精确的指数形式公式,并计算了和这两种物质在不同温度下的弹性常数.所有计算结果和实验之吻合很好.     

基于细观力学方法的冻土本构模型研究

从复合材料的细观力学机理出发研究冻土的材料特性,用混合律方法得到了冻土材料的等效弹性常数,并利用这些弹性常数建立了含损伤的冻土弹性本构模型.对于在不同冰体积含量和不同温度下的冻结砂土,由该损伤本构模型计算的结果与实测的应力-应变曲线比较吻合,表明该模型能够较好地描述实际冻土材料的力学特性.     

高压下空位浓度对铝的弹性性质的影响

运用分子动力学方法及Y.M ish in的EAM势,计算得到铝的空位形成能为0.70 eV,与实验值符合.对6×6×6、7×7×7、8×8×8、9×9×9各失去一个原子的4种含有不同空位浓度的铝系统的弹性系数进行了模拟,并对同一浓度的缺陷晶体在0~15GPa压强范围的弹性系数进行了计算,发现空位浓度的提高降低了铝的弹性系数,而压强的增大使得缺陷系统的弹性系数越接近相同压强完整晶体的弹性系数.     

压力作用下六方钛电子结构和弹性性质的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论（DFT）框架下广义梯度近似（GGA）平面波超软赝势法,计算了六方钛在压力作用下的电子结构和弹性性质．结果表明：随着压力的增加,导致状态密度的展宽和状态密度峰值的减小,同时费米面向高能方向移动;计算所得在0GPa下的弹性常数与实验结果相符,说明采用广义梯度近似可合理计算六方金属钛的弹性性质,据此还计算了不同压力下的弹性常数,为六方金属钛的实际应用提供了理论依据．     

B1结构MoN和WN晶体声子谱的计算

用群论方法导出Bl结构MoN和WN晶体的弹性常数和力常数的关系。根据采用LMTO—ASA 方法计算得到的这两种晶体Bl结构平衡晶格常数和弹性常数,对其力常数和声子谱作第一原理的计算。     

MX(M=Fe,Ru,Co和Rh, X= Si和Ge) 合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法分析MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性。计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合,结果表明MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成。计算得到了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比。基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线。基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度。其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质。     

Fe_2P弹性常数的理论计算

基于密度泛函理论,运用第一原理腰势平面波方法,计算了六方晶系和正交晶系Fe2P的弹性常数,对两种结构Fe2P的形成焓、电子态密度、晶格参数、体弹性模量、剪切模量和泊松比等进行了预测,除体弹性模量外,计算结果与已有的实验和其他计算结果相符.结果表明:六方晶系的Fe2P比正交晶系的Fe2P稳定,两种结构的Fe2P化合物均表现为延性,正交晶系Fe2P的延性比六方晶系的Fe2P的延性要好.