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.     

碲镉汞电子结构缺陷的正电子湮灭研究

碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe,或称MCT),是60年代问世的一种性能优良的红外探测材料,它的电性能在很大程度上取决于电子结构中的缺陷:自然缺陷(空穴、填隙原子、空位和络化物等);扩散缺陷(位错、晶粒边界、沉积、熔点物和非掺入的杂质等).键稳模型断言,在MCT中,a.缺陷的形成和动态特性是热激活的;b.Hg-Te键很弱,汞空位是主要的自然缺陷;c.大多数扩散缺陷是电激活的.但是,迄今不能清楚地说明缺陷形成的动态过程及其与材料电性能的关系.正电子湮没技术(PAT)对于研究原子尺度的缺陷极其敏感.本文以PAT为手段,研究MCT退火过程中,缺陷浓度与电阻率的关系,以及充分退火后MCT的电阻率与温度的关系.     

Si晶体中螺位错滑移特性的分子动力学

在保持Si晶体模型完全周期性的边界条件下, 采用位错偶极子模型在其内部建立一对螺位错. 通过Parrinello-Rahman方法对模型施加剪应力, 并应用分子动力学计算位错运动速度及交滑移的发生与外加剪应力间的关系. 在此基础上进一步研究晶体内的空位缺陷对螺位错运动的影响. 结果表明, 在位错滑移面上的六边形环状空位聚集体可加速螺位错的运动, 并且螺位错能通过交滑移跨越该空位缺陷, 避免产生钉扎现象. 揭示了低温层中大量存在的空位缺陷是降低位错密度的原因.      

空位缺陷对单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响

采用Tersoff势对完美的和含空位缺陷的单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,分别研究了单个单原子空位缺陷和单个双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯拉伸力学性能及变形机制的影响.研究结果表明,单原子空位缺陷和双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯薄膜的杨氏模量没有影响,但在一定程度上降低了拉伸强度和拉伸极限应变.单原子空位缺陷和双原子空位缺陷使拉伸强度降低幅度最高达8.10%和6.41%,并大幅度降低极限应变.缺陷对石墨烯的拉伸变形破坏机制也有一定的影响.在外载作用下,新的缺陷的萌生位置均出现在空位缺陷附近.     

含初始空位缺陷铝纳米柱循环变形行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了含不同比例初始空位缺陷的铝纳米柱在低振幅循环载荷作用下的变形过程。研究了含有初始空位缺陷的铝纳米柱在循环载荷下的变形特点及力学行为。研究发现在循环载荷作用下,当铝纳米柱中初始空位缺陷比例为3%时,稳定阶段应力值最大。当初始空位缺陷比例低于3%时,铝纳米柱中发生形核和湮灭的位错数量随着空位缺陷比例的升高而大幅度降低;初始空位缺陷的比例越高,稳定阶段应力值越高。当初始空位缺陷比例高于3%时,铝纳米柱中发生形核和湮灭的位错数量在不同空位缺陷比例下相差不大;初始空位缺陷比例越高,稳定阶段应力值越低。     

转速对异种材料搅拌摩擦焊界面微孔缺陷尺寸变化规律的影响

近年来,国内外对异种金属搅拌摩擦焊的研究现状进行了总结。重点对异种材料搅拌摩擦的特点、应用及其组织演化特征进行归纳和分析。该文建立了异种材料搅拌摩擦焊界面缺陷演化模型,通过有限元模拟搅拌针不同转速下异种材料搅拌摩擦焊界面微孔缺陷演化过程,阐述了转速对异种材料搅拌摩擦焊界面微孔缺陷尺寸变化规律,特别是以2024与7050铝合金模拟异种材料搅拌摩擦焊过程中界面微孔缺陷的演化过程以及尺寸变化规律。     

缺陷对二维碳化硅结构的影响

研究了单空位和双空位缺陷对碳化硅结构的影响.缺陷的存在明显地改变了碳化硅结构的带隙,C原子单空位缺陷转变为直接带隙半导体,带隙甚至减少到0.01 e V.通过对体系磁性的计算,我们发现Si原子的单空位缺陷和双空位缺陷均为体系带来了磁性,磁性的产生主要是由于Si原子缺陷的存在使得缺陷周围的C原子在缺陷处产生了未成对电子,从而体系产生了磁性.     

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。     

WMoCo多元共渗扩散交互作用规律研究

采用双层辉光离子渗金属技术分别对工业纯铁进行了单元渗W、W-Mo二元共渗、W-Mo-Co三元共渗.通过相同渗金属工艺条件下合金层厚度对比,利用扩散热力学、扩散微观理论以及渗入原子的空位占有率等理论,揭示了渗金属条件下W、Mo、Co三种合金元素的扩散交互作用规律.分析结果表明,多元共渗过程中,共渗元素之间会对彼此的化学势、元素的空位浓度、元素的空位占有率等产生影响,进而影响到元素的扩散速率.     

点缺陷对4H-SiC的影响

碳化硅(SiC)是一种新型的宽禁带半导体材料,但在实际生产过程中存在各种缺陷.通过第一性原理平面波法计算了4H-SiC薄膜上的碳空位缺陷(VC)和硅空位缺陷(VSi)的态密度从而得出不同缺陷对4H-SiC材料的影响.并在此基础上计算了磷原子和硼原子掺杂,得出两种不同的掺杂类型对4H-SiC材料造成的影响;并计算了缺陷的...     

塑性变形对间隙原子碳、氮、硼扩散速度的影响

本文综合论述了在化学热处理过程中室温形变对间隙原子(C、N、B)扩散速度的影响.认为位错对扩散即有促进作用也有阻碍作用,其主要原因是温度的影响,     

FeCr相与AlCo相在AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层摩擦过程中的作用分析

采用冷喷涂辅助原位合成方法制备AlCoCrCuFeNi_x(x=0.5,1)高熵合金涂层,对涂层微观组织结构和摩擦磨损性能进行表征和测试.然后采用分子动力学的方法模拟了高熵合金涂层中AlCo相和FeCr相的摩擦过程,模拟分析了高熵合金涂层中AlCo相和FeCr相对高熵合金摩擦性能的影响.结果表明：在相同的摩擦条件下,AlCo相所受到的摩擦力大于FeCr相所受到的摩擦力,AlCo相的磨损量要大于FeCr相的磨损量.AlCo相在摩擦过程中产生了粘附与脱附原子,导致总摩擦力上升,而在FeCr相摩擦过程中,没有发现明显的粘附原子.AlCo相内部产生了明显的位错结构,位错总长度随摩擦距离的增加持续增加,并且在摩擦的最终阶段产生了两种混合位错结构,但是在FeCr相的内部并没有发现位错结构.说明FeCr相对AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层的耐磨性能有更大的贡献.     

不同缺陷类型的双层石墨烯旋转摩擦特性研究

针对缺陷石墨烯层间旋转摩擦的相关理论研究的不足,本文采用分子动力学模拟方法,构建双层石墨烯旋转摩擦的原子模型,研究缺陷类型和浓度、尺寸效应及石墨烯堆叠方式等因素对其层间旋转摩擦特性的影响,最后探讨应变工程的减摩效应。结果表明：缺陷类型和堆叠方式对其旋转摩擦特性的影响较为显著,缺陷类型的影响程度最高。当对底层石墨烯引入拉伸应变后,其旋转摩擦阻力发生衰减,并且单空位缺陷与无缺陷模型的力矩递减趋势最为相似。最后对比研究底层石墨烯的压缩应变,发现其在一定范围内使得层间摩擦增大,上述研究进一步完善了缺陷石墨烯层间旋转摩擦特性理论。     

钎焊接头金属间化合物层形貌对扩散浓度和应力的影响

结合实验结果,建立了芯片封装技术中焊点金属间化合物(IMC)界面模型,采用有限元方法计算了模型中Sn钎料与Cu焊盘形成IMC层时Cu原子的扩散过程以及扩散应力大小与分布.结果表明:IMC层与钎料的界面形貌可显著影响Cu原子扩散浓度及应力行为.凹凸界面形貌会严重阻碍Cu原子的扩散,且靠近界面影响更为显著;扇贝形界面模型比...     

试件形状对铝合金摩擦叠焊成形的影响

为了研究不同试件形状对铝合金摩擦叠焊单元成形的影响,选取7075铝合金为试验对象,使用ABAQUS有限元软件,对摩擦叠焊单元成形这一复杂的热力耦合过程进行数值模拟,在将其简化为二维轴对称模型的基础上,采用FRIC子程序和网格重划分技术进行分析.对比温度云图、变形情况以及应力分布,结果表明:试件形状能够影响焊接缺陷产生的以及缺陷的尺寸;相对于焊棒形状,焊孔形状对焊接缺陷产生的影响更大,直角焊孔对塑性金属的流动阻碍作用最大,倒角焊孔次之.圆角焊孔阻碍作用最小,更容易得到较好的焊接质量.     

STW缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响

通过分子动力学模拟研究了扶手椅形和锯齿形含缺陷单壁碳纳米管(SWCNT)的轴向压缩特性,对单原子空位缺陷和stone-thrower-wales (STW)型缺陷对SWCNT轴压屈曲行为的不同影响进行了对比研究.研究结果表明:相比于含单原子空位缺陷的碳纳米管,尽管含STW缺陷的碳纳米管外型上更接近完善管,但是STW缺陷对SWCNT屈曲性能的影响与单原子空位缺陷所产生的影响极为接近.对由含缺陷SWCNT嵌套而成的双壁碳纳米管的轴压屈曲行为进行了分子动力学模拟,得出了很好的模拟结果.     

晶体线缺陷--位错的发现历程

把晶体描述为原于完善的规则排列，是一种理想的情况。在实际晶体中，原于的排列或多或少地存在着偏离理想结构的区域，出现了不完整性--晶体的缺陷。科学家们对非完整性晶体的结构和非完整性是否是晶体的属性争论较多，晶体中微结构缺陷--嵌镶块等虽是常见的，但不是晶体的属性，这在1934年以后才逐渐为大家所认识。缺陷的三种类型中，在原子扩散中起主要作用的点缺陷(空位等)很容易被想象出；面缺陷(晶粒间界等)早巳得到确认；但位错这种线缺陷的发展却经历了一个非常艰难的历程。     

Al-1%Si合金剧烈塑性变形中Si元素形态对合金组织与性能的影响

合金元素能够以固溶态或纳米颗粒析出形态影响铝合金变形过程中微观组织演化,但哪种形态对铝合金微观组织影响更显著仍有争议.以Al-1%Si合金为研究对象,通过在变形前改变硅原子析出态与固溶态的比例,利用多道次累积叠轧焊方法实现大变形,对比研究了在微观组织和力学性能达到饱和状态过程中纳米析出硅颗粒、晶粒尺寸和位错密度的演化,以比较固溶原子与析出颗粒对铝合金变形过程中组织及性能的影响.结果表明,初始样品中固溶原子越多,析出颗粒越少,变形后饱和位错密度更高,晶粒尺寸更小,对应屈服强度更高.Al-1%Si合金中弥散分布的固溶硅原子比同质量的纳米析出硅颗粒阻碍位错动态回复的总效果更好,与位错理论分析相符.材料内位错回复能力也会影响饱和晶粒尺寸,位错回复能力越强,饱和晶粒尺寸更大.     

缺陷表面氮化镓二次外延的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究含有表面缺陷的氮化镓材料的二次外延生长过程,探讨生长温度,表面缺陷数量和缺陷结构等对二次生长材料质量的影响.发现当在生长表面随机引入3.125%占比的空位缺陷且生长温度在1 373 K以上时,对材料质量的影响不明显;当随机引入12.5%占比的空位缺陷时,可以改善二次生长材料的质量;当在生长表面上引入12.5%占比的2个六边形结构空位缺陷时,缺陷区域出现大量原子的岛状生长,同时原子排列变得无序,二次生长的材料生长质量明显劣化.     

硼向奥氏体晶界非平衡偏聚的机制

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系。理论予言与实验结果很好地吻合。 根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。 基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。