分子动力学模拟液态硅的扩散性质

运用分子动力学方法模拟液态硅的扩散性质,结果表明液态硅中密度的变化并未引起液态硅扩散常数明显规律变化;液态硅扩散常数随温度的变化则可以用Arrhenius经验式较好地拟合,由此得到的扩散指数前因子为30.8×10-3cm2@s-1,激活能为0.92eV,二者的数值与其它方法的结果相比均偏大,表明由Tersoff势得到的原子间相互作用大于真实系统中硅原子间的相互作用.     

Al—Mg合金液态结构及快速凝固模拟

简介数值形式ＥＡＭ多体势的构造途径,并模拟Ａｌ,Ｍｇ及４种Ａｌ－Ｍｇ合金的液态结构,验证这种多体势可靠性及传递性。进而对Ａｌ８０Ｍｇ２０合金的快速凝固进行了分子动力学模拟,研究其微观结构演化特点。     

液态金属原子大系统凝固过程模拟的并行算法研究

对原来只适用于在微机上对由500～1000个液态金属原子组成的小系统的凝固过程进行分子动力学模拟研究的串行计算程序作了分析,并进一步将其改造成为可以在YH-3M型巨型机上对由50000～100000个原子组成的大系统的凝固过程进行分子动力学模拟研究的并行计算程序.使模拟研究的系统可容纳的原子数扩大100倍以上,因而其模拟研究的结果更接近于真实情况.     

液态锗快速凝固过程中的分子动力学模拟

本文采用Stillinger-Weber势函数,对液态锗的快速凝固过程进行了分子动力学模拟,运用均方位移(mean square displacement,MSD),对相关函数(pair correlation function PCF),配位数(coordination number)和Wendt-Abraham关系...     

液态碲碘化合物结构的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟液态碲碘化合物Te1-xIx的结构随着原子浓度的变化而改变．研究结果表明随着碲原子的浓度的增加，液态碲碘化合物经历了由非金属性到金属性的转变，其转变发生在Te0.6I0.4到Te0.8I0.2；偏配位数NTeTe，NTeI，NITe和NII在富碘、富碲的一侧有不同的变化规律．配位数、角分布函数和原子快照的分析显示随着碘原子浓度的增加，液态碲碘化合物Te1-xIx经历了由类似于液态碲的链状结构到类似于液态TeI4结构的转变．     

Al液诱导凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法模拟了嵌入不同半径(0.37～2.4 nm)固态Al晶核的Al液诱导凝固过程.结果表明,体系临界温度和嵌入晶核半径的倒数呈线性关系,符合吉布斯-汤姆森(Gibbs-Thomson,G-T)效应,得到的G-T系数Γ为1.4×10~(-7)K·m,体材料熔点T_m~(bulk)为(985.36±11.25)K.借助Γ计算出固液界面能为(140.35±9.05) mJ/m~2,与通过毛细波动法获得的149 mJ/m~2比较接近,再次证实了Turnbull的实验值(93 mJ/m~2)较低.外推得到诱导凝固失效半径为0.91 nm,此时体系温度已达到临界温度极限值.在该极限值下,体系可以自发形核,孕育时间呈现随机性,微观结构表现为不稳定的层错互相交织.在有效晶核尺寸范畴内,孕育时间随嵌入晶核半径的增大而增加,长大速度却随半径的增大而降低,微观结构是稳定的lamellar结构.     

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。     

液态甲醇微观结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对298 K,0.78 g/cm3的液态甲醇的蒸发潜热、自扩散系数、体系的微观构型、径向分布函数和甲醇分子间的氢键结构进行了模拟研究.结果表明,甲醇的蒸发潜热和自扩散系数的模拟结果与实验数据符合.采用计算机图形技术得到了体系达到平衡时其微观构型的物理图像;对氢键的结构分析表明,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数为77.39%,每一甲醇分子形成氢键的平均数目为1.902;形成氢键的两甲醇分子O…O—H取向角分布曲线在12.2°处出现峰值,取向角θ小于12.2°的甲醇分子的摩尔分数为57.39%,形成氢键的甲醇分子取向几乎呈线性分布;氢键的平均寿命为12.6 ps.     

纯铁液凝固过程的分子动力学模拟

为了研究纯铁熔液体系在凝固过程中的演变行为,采用分子动力学方法和带有范德瓦尔斯项的长程F-S势函数对液态Fe凝固过程的结构和能量演变进行模拟。径向分布函数、原子均方位移函数和Fe原子的聚集状态变化图像显示,凝固过程是Fe原子由无序向短程有序再向长程有序的变化过程,其中的短程有序结构可能是Fe原子组成的团簇结构;凝固过程中体系的总能量变化呈逐渐降低,Fe单质完美晶体的凝固温度约为2400 K。     

均质非平衡态分子动力学模拟铜薄膜的热导率

为研究微电子器件中薄膜的“超常”传热行为，基于等温线性响应理论（LRT）和嵌入原子法（EAM）势函数，采用均质非平衡态分子动力学方法，对铜薄膜的热导率进行了计算机数值模拟，给出了铜薄膜热导率与薄膜厚度及温度之间的关系，模拟结果符合Flik关于微尺度薄膜导热的判据并与其他文献的实验数据基本一致，表明该方法和结果可以利用于微电子器件中的微尺度传热及热应力问题的分析。     

基于KKS模型二元合金等温凝固过程的相场法模拟

基于KKS模型,采用相场和溶质场两场耦合的方法,对Al-2-mole-Cu合金凝固过程枝晶生长进行了数值模拟.在模拟过程中,采用不同的各项异性系数和初始晶核固液界面溶质浓度梯度.模拟结果表明,在没有扰动的情况下,随着各项异性系数的增大,枝晶出现二次枝晶,且越发达,并伴随着“颈缩”现象,当各项异性值达到足够大时,二次枝晶就会由于凝固潜热的释放而出现熔化“脱落”现象,脱落的二次枝晶将会成为非均质形核的初始晶核.模拟结果还表明,时间步长的增大不是致使模拟枝晶出现分叉的唯一原因,小的各项异性系数也会使枝晶出现分叉现象.     

Zr53Cu18.7Ni12Al16.3过冷熔体的原子结构以及动力学性质的研究

本文采用第一性原理分子动力学方法,模拟了Zr53Cu18.7Ni12Al16.3过冷液体的原子结构,以及其对动力学性质的影响.通过对Al原子周围的偏对分布函数的分析,发现该过冷液体的原子结构可用以Al原子为中心的团簇来表征.这种局域结构稳定程度的空间不均匀性,导致了过冷液体的动力学在空间分布上的不均匀性,即出现速度较慢的原子.这种慢原子的出现,使得该过冷液体在过冷相区内发生动力学迟缓,从而抑制了晶化.     

三元合金等温凝固过程的相场法模拟

采用相场与浓度场耦合的相场法,以Fe-C-P合金为例,模拟三元合金等温凝固的生长过程.结果表明,在一定的温度区间里,生长速度是随着温度的降低而减小的,随着温度的降低,二次枝晶生长越发达.模拟结果还表明,二次枝晶之间有大量的溶质富集;各向异性系数的改变会影响二次枝晶的形貌.     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

纳米粒子介电泳的分子动力学模拟

为研究微流体环境下纳米粒子的介电泳现象并分析其介电泳特性,采用非平衡态分子动力学方法对纳米胶体粒子及其周围溶剂粒子进行建模.介电泳模拟之前,通过对系统能量和温度的趋衡过程进行模拟,使纳米胶体所处的微流体系统达到稳定状态,并得出系统能量以及温度变化过程的趋衡图.对纳米胶体模型施加非均匀电场,使胶体电偶极化.变化非均匀电场强度,研究胶体模型失效的一般规律.发现随着非均匀电场强度的增加,小离子有不断脱离大离子表面的趋势,胶体模型失效的临界电场强度参数为Eo=15s/(eó).此外,对不同极性的纳米胶体的介电泳现象进行模拟,发现在正介电泳情况下,胶体的电偶极距不断增大,且电偶极距大的胶体有较大的介电泳速度和位移.     

铜／钢反向凝固过程数值模拟中接触热阻的处理

以液固相反向凝固法生产的包铜钢线为研究对象，提出了反向凝固过程中在数值模拟时铜-钢界面处接触热阻的处理模型．在选择合适的热阻参数条件下，模拟结果和实验结果基本吻合．     

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.     

液态金属Cu凝固过程中晶体形核与生长及纳米团簇结构的演变特性

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（Q-SC）多体势,对含有5万个液态金属铜（Cu）原子系统在凝固过程中的晶体成核与生长规律及纳米团簇微观结构转变特性进行了模拟跟踪研究.运用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和新的原子团类型指数法（CTIM-2）分析了金属Cu原子的成键类型和原子团簇微观结构演变特性.结果发现：在以1.0×1013K/s速度冷却时,体系最终形成晶态与非晶态结构共存的混合结构,非晶转化温度约为673K,结晶起始温度为373K.在以4.0×1012K/s速度冷却时,结晶起始温度为673K,系统形成以1421和1422二种键型或由其构成的面心立方（fcc）（12000120）和六角密集（hcp）（1200066）基本原子团为主体的晶态结构,尤其是由1421键型构成的面心立方基本原子团在晶核生长和纳米团簇结构形成过程中占主导地位.形核和生长过程对凝固微观结构演变特性有重要的影响.     

水溶液中石墨烯剥离的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究柔性石墨烯在水溶液中剥离的热力学机制。为了表征石墨烯与水溶剂之间的相互作用,研究了石墨烯周围水溶剂的结构性质;通过施加外力的方法剥离石墨模型中最外层的石墨烯,计算剥离过程中体系自由能的变化,并对剥离过程中微观结构变化以及石墨烯周围水溶剂结构性质进行分析。结果表明:石墨烯与水之间的相互作用较小;剥离石墨烯需要克服一定的能垒;石墨烯之间的相互作用决定了自由能能垒的大小,溶剂诱导的贡献对剥离起到促进作用;受限区域内的水溶剂分子对剥离起到重要的作用。