石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟

我们基于分子动力学(Molecular Dynamics), 建立了石墨烯纳米压痕实验的数值模型, 以模拟压痕实验过程, 得到典型实验过程的力-位移曲线, 并进而讨论压头下压速度, 压头半径以及边界条件等因素对实验结果的影响. 论文测得石墨烯弹性模量为1 TPa, 强度为240 GPa. 加载过程中, 压头加载到临界压入深度hc时, 石墨烯试件在压头处撕裂破坏. 给定最大压入深度, 对石墨烯进行加载—卸载—再加载试验, 发现当最大压入深度h_max小于h_c时, 石墨烯发生的是完全弹性变形; 当最大压入深度h_max大于h_c时, 卸载和再加载过程中石墨烯能基本恢复原貌, 但仍有少数C—C键较长而无法恢复, 成为石墨烯再加载时的破坏起点, 石墨烯的破坏力和位移都显著下降. 另外, 还发现大于0.05 nm/ps的压头速度和压头半径对石墨烯临界压入深度和破坏力都有显著影响.     

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．     

分子动力学模拟三乙烯二胺准晶体的可控晶体生长

由于三乙烯二胺结晶均匀度和大小不一,且传统结晶工艺不可控,严重影响了其使用性能,且制约了后续产品的研发.采用分子动力学模拟,研究了三乙烯二胺在温度253～413 K下的准晶生长.通过研究准晶的势能、分子排布、密度、扩散系数、径向分布函数和N—N原子的取向性来表征影响效果.模拟结果表明:三乙烯二胺准晶体随着温度的升高,总...     

FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕力学响应的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟建立FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕模型,从杨氏模量、位错行为等方面对FeCoCrNiCu高熵合金进行相关力学性能分析。研究分析了纳米压痕过程中温度和加载速度对合金基体变形的影响。经模拟以及数据拟合发现,杨氏模量与实验结果近似一致;纳米压痕过程依次经历弹性-塑性阶段,进入塑性阶段后基体内部产生位错,随着压头的不断深入,位错不断形核扩展最终成环;由于高熵合金复杂的元素组成以及应变梯度效应,剪切应变在合金体内的分布是不均匀的。加载速度对弹性阶段影响不大,但会对位错的增长产生影响,临界塑性压深也会随加载速度的增大而增大;温度对高熵合金的变形有着显著影响,温度升高会使原子运动加剧,基体易于变形。低温下压痕力明显上升,这是由于低温本身会降低原子迁移率,同时也利于孪晶产生,使基体进一步强化。     

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。     

脉冲激光烧蚀氩晶体颗粒的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对氩晶体颗粒在皮秒脉冲激光照射下内部发生的传热过程以及相变现象进行模拟研究.通过记录氩原子速度和原子位置随时间的变化情况分析了颗粒内热量的传递过程,并计算了单位体积内氩原子数目的空间分布情况以及随时间的变化规律,从而分析了颗粒内部的相变过程.研究结果表明:当激光强度较低时,晶体内部仅仅发生传热过程而没有熔化发生,加入的激光能量随时间由外向内传递;当激光强度增加到足够晶体熔化的时候会发生相变,此时固液相态之间并没有明显的界面,而是存在一个纳米级别的过渡区域;当照射的激光强度增加时,过渡区域的移动速度和移动深度都将增加.     

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。     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

氧化锆增韧二硅化钼复合材料的压痕断裂韧性

用不同的压痕方程计算了ＺｒＯ＿２增韧ＭｏＳｉ＿２复合材料的室温断裂韧性Ｋ＿（１ｃ）值，同时研究了压痕载荷对Ｋ＿（１ｃ）值的影响，结果表明，试验材料在试验条件下的断裂韧性不遵从半月状裂纹系统方程，而遵从巴氏裂纹系统方程，其室温压痕断裂韧性保持与压痕载荷的独立性。     

DNA分子动力学模拟

运用强1阶收敛的Milstein方法模拟了DNA分子伸长的随机波动,并与实验数据进行比较得到了较好的结果,从而为聚合物大分子的动力学模拟提供了另一种较好的方法。     

聚合物阻垢机理的分子动力学模拟研究

为了研究聚羧酸类阻垢剂分子的阻垢性能,采用分子动力学方法模拟了方解石（110）晶面加入聚丙基-丙烯酸甲酯（PPA）分子后晶面与CO3^2-和Ca^2＋的相互作用。计算结果表明,加入PPA后方解石晶面对游离态CO3^2-和Ca^2＋离子结合能明显小于加入PPA前,说明PPA分子阻止了CO3^2-和Ca^2＋在方解石晶面的吸附。同时,对两种体系下CO3^2-离子的动力学行为的分析结果也证明了PPA的阻垢能力。相互作用后PPA分子发生了一定的形变,并且其中部链基变化比两端大,说明中部链基的阻垢能力比较强。     

碳纳米管分子动力学模拟的经验势函数研究

针对经验键序势函数没有考虑到碳纳米管原子间长程非键作用的问题，提出了一种新的势函数表达式．该表达式结合了经验键序作用势和雷纳德-琼斯势的特点，能够计算碳原子间的短程相互作用和长程相互作用，更准确地计算出碳纳米管的原子间作用势能．使用分子动力学模拟方法，研究了单壁碳纳米管原子间的互作用势和杨氏模量．研究结果表明：碳纳米管的单位原子势能随直径的增大而减小，管间作用势能随距离的变化曲线呈U字形，杨氏模量为0．935TPa左右．模拟计算结果与实验结果和其他理论计算结果吻合得很好，说明改进的势函数模型可准确模拟碳纳米管的力学性质。     

单壁碳纳米管储氢分子动力学模拟研究

选用C(10×10)扶手椅型单壁纳米管,采用分子动力学方法模拟研究了在温度100K,初始入射动能在10,30,50,80,100eV几种情况下氢原子在单壁碳纳米管中的运动,并分析了单壁碳纳米管储氢情况,得到初始能量为80eV时储氢效果较好.     

水合镁离子的分子动力学模拟研究

基于水合离子[M(H2O)m]n+的概念,利用Moldy分子动力学模拟并结合分子内相互作用势MCY来研究水中的镁离子.该模拟系统包括一个二价的镁离子和216个水分子,在温度为330K下,计算了系统内不同原子对之间的径向分布函数(RDF),模拟结果和实验值基本一致.而且从其径向分布函数可看出,镁离子的出现并没有使得镁离子周围的第一水化层水分子和第二水化层水分子之间的距离有明显的减少.     

超临界甲醇的分子动力学模拟

本文采用分子动力学（MD）方法对超临界甲醇体系结构性质和动力学性质进行了模拟研究．结果表明,在超临界条件下甲醇体系因密度涨落存在分子聚集现象,且在低密度区域更明显．与常温常压条件下相比甲醇分子间的氢键作用明显减弱,结构变得松散,分子极性大大降低,自扩散系数上升了十几甚至几百倍．随着压强的增大,甲醇分子间的氢键作用增强,扩散系数减小;随着温度的升高,甲醇分子间的氢键作用减弱,自扩散系数增大,且在接近临界压力时、自扩散系数随温度的变化幅度更大．