硅中裂纹扩展的分子模拟

发布时间：2021-07-30 23:18

　　随着全球信息产业的快速发展,各种电子产品对锂离子电池的性能有了更高的要求,尤其是电池容量。硅基负极材料以较高的理论储锂容量吸引了锂离子电池研究者们的广泛关注。但形成锂硅合金过程中出现的较大体积膨胀使得硅负极中存在较多裂纹,造成电极剥落失效,限制了其商业化应用。本文利用分子动力学方法从微观尺度对硅中裂纹的扩展规律进行了研究。从原子尺度对硅中裂纹的扩展过程及位错对裂纹扩展的影响进行了解释。计算结果与文献的实验结果基本一致,验证了分子动力学方法在研究硅中裂纹扩展的准确性。本文首先利用分子动力学方法,采用COMB势函数计算了硅晶体（111）面、（110）面和（100）面的表面能。发现（111）拖动型面的表面能（1.2J?m-2）在所有的计算结果中最低,即硅晶体（111）拖动面是第一解理面。另外,（111）滑动型面的表面能（4.14J?m-2）在所有的计算结果中最高,即裂纹扩展最困难的面。由于晶体结构的特点,（110）面没有滑动型和拖动型之分,其计算结果（1.523J?m-2）比（111）面稍大,为硅晶体裂纹扩展的第二解理面。拖动型和滑动型（100）面的表面能相等,都为较大的2.27J?m-2,... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1分子力学计算流程图

硅晶体面立方单元

但实际上，完整的晶格参数应当由 3 个晶格常数和 3 个夹角来描述。硅的晶格常数为a=5.4305 (300K)。从图 3.2 中我们可以看到，硅晶体中任何一个原子都有四个最近邻原子，与之形成四个共价键。一个原子处在正四面体的中心，其他四个与它共价的原子位于四面体的顶点形成四面体，该四面体称为共价四面体。图 3.2 硅晶体最小四面体结构单元由图 3.1 可知，因为硅晶体结构具有方向性，沿不同的方向截断硅晶体，就会形成不同原子排列的硅表面。晶向指数是在晶体学中用来标志不同方向晶向的参数。晶面指数也是晶体的常数之一，它是晶面在 3 个结晶轴上的截距系数的倒数化为简单整数后的比。对硅晶体的研究比较多的是(111)面、(110)面和(100)面。其中(111)面的结构有两种，一种是位于间距较小的两层原子之间的面，称为滑动型面(glide plane)；另一种是位于间距较大的两层原子之间的面

【参考文献】：
期刊论文
[1]铝裂纹扩展行为的分子动力学模拟[J]. 刘晓波,徐庆军,刘剑.  中国有色金属学报. 2014(06)
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[3]加载速率和点缺陷对裂纹扩展影响的原子级模拟[J]. 宋海洋,孙贺明,白照印,张国香.  云南大学学报(自然科学版). 2005(S2)
[4]体心立方铁中裂纹扩展的结构演化研究[J]. 吴映飞,王崇愚,郭雅芳.  自然科学进展. 2005(02)
[5]分子动力学模拟的主要技术[J]. 文玉华,朱如曾,周富信,王崇愚.  力学进展. 2003(01)
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博士论文
[1]金刚石材料逆向磨损去除加工的研究[D]. 许蓬子.吉林大学 2016
[2]硅锗异质结构中部分位错演化的分子模拟[D]. 王超营.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：3312311