分子动力学在碳材料物化性质研究上的应用

发布时间：2022-01-10 05:12

　　碳是地球上分布最广含量最高的元素。由于其电子轨道特性的多样性（SP、SP2、SP3杂化）,碳材料具有地球上几乎所有物质的性质。其中拥有超高的硬度和强度的金刚石是工业上重要的磨削材料,但纳米尺度下变形损伤机制的不明确限制了其在超精密加工中的运用;性能同样优异的碳纳米管也因为转化过程复杂难以控制而无法大规模工业生产。本文利用分子动力学方法研究金刚石受压后微观结构演化机制以及烃裂解生成碳纳米管的机理,为产品安全高效的使用和生产提供理论依据。首先,采用Tersoff势函数研究在单晶金刚石（010）面上纳米压痕过程。模拟采用刚性压头在恒定的温度下对金刚石试件施加压力。试件（010）面上发生明显的塑性形变,载荷位移曲线没有明显的“跳突”现象发生,（010）面弹性模量的模拟值为1127.55Gpa。应用计算机断层扫描（CT）技术分析模型在最大压痕深度处的微观结构细节时,发现错配原子形成了一个类似“#”的结构,其形成原因是金刚石中碳原子受到[010]方向上的压力时,向[100]和[001]两个方向发生位移,在临界区形成剪切力,导致了裂纹生成。利用分子反应力场（ReaxFF）模拟温度为3500 K,密度... 

【文章来源】：西南石油大学四川省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１碳纳米管??

容易发生安全事故。明确烃高温下裂解反应机理对其高效安全的工业化生产有着十分重??要的意义。??图１－１碳纳米管??本文以金刚石和碳纳米管为切入点，以分子动力学、统计物理、热力学和晶体学的??知识为理论基础，使用分子动力学软件在原子尺度上建立模型，分别研究金刚石在外部??载荷作用下微观结构的演化与烃高温下裂解的机理以及碳纳米管生成的机制。为高效安??全的生产以及使用金刚石刀具和碳纳米管提供理论指导。??１．２国内外研究现状??１．２．１金刚石纳米压痕实验研究??自从纳米压痕测试技术出现以来，其由于测试精度高、可研究分析的因素多，已经??在材料微观性能检测和研究方面发挥出重要的作用。使用纳米压痕测试技术可以测定金??刚石的基本力学参数，结合载荷－位移曲线与形貌变化可分析金刚石的微观力学行为和??变形损伤机制。??图１－２纳米压痕仪??２??

容易发生安全事故。明确烃高温下裂解反应机理对其高效安全的工业化生产有着十分重??要的意义。??图１－１碳纳米管??本文以金刚石和碳纳米管为切入点，以分子动力学、统计物理、热力学和晶体学的??知识为理论基础，使用分子动力学软件在原子尺度上建立模型，分别研究金刚石在外部??载荷作用下微观结构的演化与烃高温下裂解的机理以及碳纳米管生成的机制。为高效安??全的生产以及使用金刚石刀具和碳纳米管提供理论指导。??１．２国内外研究现状??１．２．１金刚石纳米压痕实验研究??自从纳米压痕测试技术出现以来，其由于测试精度高、可研究分析的因素多，已经??在材料微观性能检测和研究方面发挥出重要的作用。使用纳米压痕测试技术可以测定金??刚石的基本力学参数，结合载荷－位移曲线与形貌变化可分析金刚石的微观力学行为和??变形损伤机制。??图１－２纳米压痕仪??２??


本文编号：3580114