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纳观单晶铜表面粘着接触失效的分子动力学模拟

发布时间:2018-07-10 16:41

  本文选题:分子动力学 + 粘着 ; 参考:《表面技术》2017年08期


【摘要】:目的为提高微纳米器件的接触性能。方法在考虑粘附力单晶铜基体弹塑性形变,及忽略各向异性影响的条件下,基于分子动力学法,采用混合势函数(EAM和Morse)和Verlet算法,动态模拟了探针与单晶铜基体的粘着接触与分离过程,对接触与分离过程的接触力进行了分析。通过计算原子中心对称参数,描述了接触区域的原子破坏和迁移轨迹的变化情况。结果在下压接触中,因接触力不断增加,接触区域两侧相继出现滑移带,并向两侧方向逐渐扩张,且滑移带与探针下压方向成45?,分离后,受基体弹塑性恢复和能量耗散的影响,接触区域两侧的滑移带由开始扩张逐渐缩小。完全分离后,因粘附力的存在,基体部分原子粘附于探针底表面,探针与基体间形成明显的"缩颈"现象,且发生明显的粘着滞后现象,是接触表面发生粘着失效形式的主要原因。在整个接触与分离过程中,接触区域点阵原子断裂堆积呈"V"字形状。结论粘着影响使基体部分原子易粘附于探针底表面上,形成粘着滞后现象,这是导致微纳米机械易发生粘着接触失效的主要原因。
[Abstract]:Aim to improve the contact properties of micro and nano devices. The method is considering adhesion? Under the condition of elastoplastic deformation of single crystal copper matrix and ignoring the influence of anisotropy, the adhesive contact and separation process between the probe and the single crystal copper matrix was dynamically simulated by the hybrid potential function (EAM and Morse) and Verlet algorithm based on the molecular dynamics method. The contact force in the process of contact and separation is analyzed. By calculating the centrosymmetric parameters of atoms, the changes of atomic damage and migration trajectories in the contact region are described. Results because of the increasing contact force, slip bands appeared on both sides of the contact area and gradually expanded to both sides, and the slip band and probe pressure direction were 45%, which were affected by the elastoplastic recovery and energy dissipation of the matrix after separation. The slip bands on both sides of the contact area gradually decrease from the beginning of expansion. After complete separation, due to the existence of adhesion force, some atoms of the matrix adhered to the bottom surface of the probe, which resulted in an obvious "necking" phenomenon between the probe and the substrate, and obvious adhesion hysteresis. Is the contact surface adhesive failure form of the main reason. In the whole process of contact and separation, the fracture stacking of lattice atoms in the contact area is "V" shape. Conclusion the adhesion effect makes some atoms of the matrix adhere to the bottom surface of the probe and form the phenomenon of adhesion hysteresis, which is the main reason for the adhesion failure of micro and nano-machinery.
【作者单位】: 宁德师范学院物理与电气工程系;北京交通大学机械与电子控制工程学院;
【基金】:国家自然科学基金(51505241) 福建省自然科学基金(2017J01709) 福建省教育厅项目(JAT160540,JAT160535) 宁德市科技计划项目(20160141) 宁德师范学院校级项目(2015Q09,2015Q10)~~
【分类号】:TG146.11

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本文编号:2113986


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