Cu/Ta纳米多层膜在单轴拉伸下的尺寸效应与变形机理的分子动力学模拟
发布时间：2021-11-12 01:08
纳米金属多层膜是在单层膜和复合膜的基础上发展起来的一种新型薄膜,它具有整体材料和单一材料都难以达到的某些特殊性能,在航空航天、机械加工等领域具有良好的发展及应用前景,因此纳米金属多层膜吸引了众多学者的目光并成为材料研究中的一个热点。近年来,大量学者通过实验探究发现纳米多层膜具有优异的力学性能,例如高强度、高硬度和高韧性等,但是其内在的强韧化机理尚未完全明确。目前,fcc/fcc同相界面结构多层膜的变形和强韧化机理已通过分子动力学方法得以解释和理解。但是,对于具有两相界面结构（fcc/bcc、fcc/hcp）的纳米多层膜,相应的潜在机理和理论研究相对较少。因此,本文拟通过分子动力学方法研究Cu/Ta纳米多层膜在单轴拉伸下的尺寸效应与变形机理。本文中建立了不同晶向的Cu、Ta单质薄膜以及Cu/Ta纳米多层膜模型,并模拟了调制周期（λ）、界面构型、温度（T）以及调制比（r）对材料力学特性的影响。最后结合应力应变（σ-ε）曲线从原子尺度揭示了Cu/Ta纳米多层膜的变形机理。本文的主要研究内容及结论如下:（1）对两种典型晶向的Cu、Ta单质薄膜进行了模拟和分析。研究结果表明,<112>...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多层膜结构模型
格取向的 Cu 单质薄膜模型：（a）K-S 型，（bls of Cu films with different lattice orientation: (a 单质薄膜初始条件的设定保持一致，在NPT 系综下弛豫阶段采用的步长为 0.001态。之后在 NPT 系综下对弛豫后的薄膜应变率为 109/s，温度为 10K。整个模拟、动能、势能以及原子坐标。模拟结果及分析关系在材料的性能研究中具有重要作用，质薄膜沿 x 轴拉伸过程中对应的 - 曲线的 Cu 单质薄膜都先进入弹性变形阶段入塑性流动阶段；K-S型Cu单质薄膜的膜的屈服强度为 6.532Gpa；进入塑性流动
图 3.2 Cu 单质薄膜单轴加载下的 - 曲线，拉伸应变率为 109/s，温度为 10K.2 The - curves of Cu films under uniaxial loading, under tensile strain rate of 109/s, a3 Cu 单质薄膜的微观变形机制图 3.3（a-d）中给出了 K-S 型 Cu 单质薄膜在单轴加载过程中不同 下的结构，位错线由 DXA 命令识别。如图 3.3（a）所示，此时 Cu 单质薄膜原有的原子排列结构没有位错缺陷产生，对应图 3.2 中黑色 - 曲线弹性。随着 增加 Cu 单质薄膜表面附近的原子在外力和内部原子拉力的作用动，当 =0.060 时薄膜表面有<112>不全位错（识别为绿色）形核并在薄殖滑移（图 3.3（b）），从而导致 Cu 单质薄膜开始发生屈服，相对应的色 - 曲线出现了峰值。继续增加 薄膜进入塑性变形阶段，当 =0.06部有大量不同晶向的位错产生，位错的形核使得薄膜强度降低而位错间用又使得 Cu 单质薄膜得到强化（如图 3.3（c）），因此对应的 - 曲线在阶段是不断上下波动的，但整体表现为下降趋势，如图 3.2 中黑色曲线不断加载 Cu 单质薄膜最终进入到塑性流动阶段，当 =0.149 时薄膜内部
【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in application and preparation of silver nanowires[J]. Xiong-Zhi Xiang,Wen-Ya Gong,Ming-Sheng Kuang,Lei Wang. Rare Metals. 2016(04)
[2]Interfacial Structures Governed Plastic Deformation Behaviors in Metallic Multilayers[J]. Ming-Zhen Wei,Zhen-Hua Cao,Xiang-Kang Meng. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(02)
[3]The mechanical behavior of nanoscale metallic multilayers:A survey[J]. Q.Zhou,J.Y.Xie,F.Wang,P.Huang,K.W.Xu,T.J.Lu. Acta Mechanica Sinica. 2015(03)
[4]金纳米棒的光学性质及其在生物医学领域的应用[J]. 刘媚,杨培慧,蔡继业. 生物化学与生物物理进展. 2009(11)
[5]电化学法制备组分调制纳米多层膜的研究现状[J]. 徐峰,吕忆农,谢燕,刘云飞. 腐蚀科学与防护技术. 2008(01)
[6]电沉积金属多层膜的研究现状[J]. 张英杰,苏玉华,范云鹰. 材料保护. 2007(08)
[7]纳米多层膜的制备方法及比较[J]. 杨会静,孙立萍,刘长虹. 唐山师范学院学报. 2006(05)
[8]电刷镀Cu/Ni纳米多层膜镀液的研究[J]. 谭俊,杨红军,郭文才. 中国表面工程. 2005(04)
[9]TiN/Si3N4纳米多层膜的生长结构与超硬效应[J]. 胡晓萍,董云杉,孔明,李戈扬,顾明元. 真空科学与技术学报. 2005(04)
[10]纳米多层膜的电性能及表面形貌[J]. 张发荣,薛钰芝,张力. 真空. 2005(04)
本文编号：3489900
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多层膜结构模型
格取向的 Cu 单质薄膜模型：（a）K-S 型，（bls of Cu films with different lattice orientation: (a 单质薄膜初始条件的设定保持一致，在NPT 系综下弛豫阶段采用的步长为 0.001态。之后在 NPT 系综下对弛豫后的薄膜应变率为 109/s，温度为 10K。整个模拟、动能、势能以及原子坐标。模拟结果及分析关系在材料的性能研究中具有重要作用，质薄膜沿 x 轴拉伸过程中对应的 - 曲线的 Cu 单质薄膜都先进入弹性变形阶段入塑性流动阶段；K-S型Cu单质薄膜的膜的屈服强度为 6.532Gpa；进入塑性流动
图 3.2 Cu 单质薄膜单轴加载下的 - 曲线，拉伸应变率为 109/s，温度为 10K.2 The - curves of Cu films under uniaxial loading, under tensile strain rate of 109/s, a3 Cu 单质薄膜的微观变形机制图 3.3（a-d）中给出了 K-S 型 Cu 单质薄膜在单轴加载过程中不同 下的结构，位错线由 DXA 命令识别。如图 3.3（a）所示，此时 Cu 单质薄膜原有的原子排列结构没有位错缺陷产生，对应图 3.2 中黑色 - 曲线弹性。随着 增加 Cu 单质薄膜表面附近的原子在外力和内部原子拉力的作用动，当 =0.060 时薄膜表面有<112>不全位错（识别为绿色）形核并在薄殖滑移（图 3.3（b）），从而导致 Cu 单质薄膜开始发生屈服，相对应的色 - 曲线出现了峰值。继续增加 薄膜进入塑性变形阶段，当 =0.06部有大量不同晶向的位错产生，位错的形核使得薄膜强度降低而位错间用又使得 Cu 单质薄膜得到强化（如图 3.3（c）），因此对应的 - 曲线在阶段是不断上下波动的，但整体表现为下降趋势，如图 3.2 中黑色曲线不断加载 Cu 单质薄膜最终进入到塑性流动阶段，当 =0.149 时薄膜内部
【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in application and preparation of silver nanowires[J]. Xiong-Zhi Xiang,Wen-Ya Gong,Ming-Sheng Kuang,Lei Wang. Rare Metals. 2016(04)
[2]Interfacial Structures Governed Plastic Deformation Behaviors in Metallic Multilayers[J]. Ming-Zhen Wei,Zhen-Hua Cao,Xiang-Kang Meng. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(02)
[3]The mechanical behavior of nanoscale metallic multilayers:A survey[J]. Q.Zhou,J.Y.Xie,F.Wang,P.Huang,K.W.Xu,T.J.Lu. Acta Mechanica Sinica. 2015(03)
[4]金纳米棒的光学性质及其在生物医学领域的应用[J]. 刘媚,杨培慧,蔡继业. 生物化学与生物物理进展. 2009(11)
[5]电化学法制备组分调制纳米多层膜的研究现状[J]. 徐峰,吕忆农,谢燕,刘云飞. 腐蚀科学与防护技术. 2008(01)
[6]电沉积金属多层膜的研究现状[J]. 张英杰,苏玉华,范云鹰. 材料保护. 2007(08)
[7]纳米多层膜的制备方法及比较[J]. 杨会静,孙立萍,刘长虹. 唐山师范学院学报. 2006(05)
[8]电刷镀Cu/Ni纳米多层膜镀液的研究[J]. 谭俊,杨红军,郭文才. 中国表面工程. 2005(04)
[9]TiN/Si3N4纳米多层膜的生长结构与超硬效应[J]. 胡晓萍,董云杉,孔明,李戈扬,顾明元. 真空科学与技术学报. 2005(04)
[10]纳米多层膜的电性能及表面形貌[J]. 张发荣,薛钰芝,张力. 真空. 2005(04)
本文编号：3489900
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