SiC纳米晶体力学行为的分子动力学研究

发布时间：2017-08-08 22:01

  本文关键词：SiC纳米晶体力学行为的分子动力学研究

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【摘要】：目前,纳米晶体的力学行为在实验上和理论上已有广泛的研究,并且得到了许多有意义的结果。不同的晶体结构,如面心立方、体心立方、金刚石结构的纳米晶体,其力学行为表现出了明显的差异。一般来讲,纳米晶体在单轴压缩下的动力学行为及演化过程不仅与外界的温度和压力等因素有关,还与纳米晶体的尺寸、压缩方向以及缺陷等参数也有关。因此,探究纳米晶体的力学行为与这些因素的依赖关系是很重要的课题。本文采用经典分子动力学方法研究了单轴压缩下,空洞缺陷的大小以及分布对Si纳米晶体力学性能的影响。我们的研究结果表明:空洞大小对Si纳米晶体力学性能的影响很显著,表现为空洞的存在使得Si纳米晶体的最大荷载值急剧减小;空洞分布对Si纳米晶体力学也有影响,表现为空洞分布越趋近纳米晶体中心,Si纳米晶体最大荷载降低越大。但当空洞靠近纳米晶体表面时,表现出“趋肤效应”。我们进一步探究了与Si具有相同结构,但包含两原子组分的SiC纳米晶体在不同尺寸、温度以及压缩方向下的力学行为和形变机制。研究发现:压缩方向为[001],温度范围为0.1K~200K的条件下,Si纳米晶的硬度随温度的升高呈急剧下降的趋势,表现为相变主导的形变机制;而温度范围为250K~1500K时,Si纳米晶的硬度随温度的升高呈缓慢递减的趋势,表现为位错主导的形变机理。在[110]、[111]压缩方向下,Si C纳米晶体则均因为位错和无序结构而存在临界尺寸。这些研究结果为其他纳米晶体的力学行为和形变机制的研究提供参考,而且对于Si和Si C纳米晶体材料在高压下的实际应用提供理论指导。
【关键词】：纳米晶体 分子动力学 相变 力学行为
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.72;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 纳米晶体力学性能的研究现状8-16
• 1.1 纳米材料简介8-10
• 1.1.1 纳米材料的定义和基本特性8-9
• 1.1.2 纳米晶体材料的制备方法9-10
• 1.2 纳米晶体力学性能的研究10-14
• 1.2.1 金属纳米晶体的力学性能10-12
• 1.2.2 半导体纳米晶体的力学性能12-14
• 1.3 Si和SiC纳米晶体力学性能的研究意义14-16
• 第2章 分子动力学研究方法16-25
• 2.1 引言16-17
• 2.2 分子动力学方法简介17-25
• 2.2.1 分子动力学基本原理17-18
• 2.2.2 数值积分方法18-20
• 2.2.3 势函数20-22
• 2.2.4 分子动力学方法的模拟条件22-25
• 第3章 空洞缺陷对Si纳米晶体力学性能的影响25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 计算模型和模拟条件25-26
• 3.3 结果与讨论26-31
• 3.3.1 空洞大小对Si纳米晶体力学性能的影响26-29
• 3.3.2 空洞位置对Si纳米晶体力学性能的影响29-31
• 3.4 小结31-33
• 第4章 SiC纳米晶体力学行为的研究33-43
• 4.1 引言33
• 4.2 单轴压缩下SiC纳米晶体的模型33-34
• 4.3 势函数和模拟条件34-35
• 4.4 模拟结果35-41
• 4.4.1 SiC纳米晶体的尺寸效应35-39
• 4.4.2 SiC纳米晶体的温度效应39-41
• 4.5 小结41-43
• 第5章 总结与展望43-45
• 5.1 总结43
• 5.2 展望43-45
• 参考文献45-49
• 致谢49-50
• 个人简历、攻读硕士期间完成的论文及参与的科研项目50

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本文编号：642181