納米焊接機(jī)理的模擬研究.pdf

1、碳納米管具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形態(tài)和優(yōu)異的電子學(xué)特性，成為在制造納電子器件方面的關(guān)鍵材料。利用碳納米管構(gòu)筑納電子器件將會(huì)迎來一個(gè)低能耗、高性能的電子設(shè)備時(shí)代。但是在構(gòu)筑納電子器件時(shí)，存在的關(guān)鍵問題是碳納米管與金屬電極之間不易形成穩(wěn)定、可靠的接觸，從而限制了納電子器件的研制和實(shí)際應(yīng)用。產(chǎn)生這一問題的根本原因是缺乏對(duì)納米焊接接觸界面的微觀機(jī)理的揭示。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)碳納米管與金屬電極焊接的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行研究、總結(jié)出納米焊接過程中

2、的物理現(xiàn)象和規(guī)律，從而揭示出納米焊接機(jī)理的本質(zhì)，對(duì)指導(dǎo)納米焊接實(shí)驗(yàn)研究具有重要意義。在納米焊接過程中，根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的不同可將焊接系統(tǒng)分為碳納米管垂直定向焊接系統(tǒng)和碳納米管水平定向焊接系統(tǒng)。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括：
　?。?）建立碳納米管垂直定向焊接系統(tǒng)和碳納米管水平定向焊接系統(tǒng)的焊接模型。研究納米焊接過程中存在的兩種焊接形式：外部焊接和內(nèi)部焊接。在外部焊接的過程中，本文著重研究了納米焊接接觸長(zhǎng)度隨碳納米管直徑的變化。并確定外部焊接

3、發(fā)生的臨界溫度。同時(shí)，對(duì)不同冷卻速率對(duì)焊接界面的影響進(jìn)行了比較。在內(nèi)部焊接的焊接過程中，對(duì)碳納米管內(nèi)部的金屬納米線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。并確定了五種直徑的碳納米管內(nèi)部的金屬納米線的數(shù)量和組成金屬納米線的原子數(shù)。最后對(duì)內(nèi)部焊接發(fā)生的臨界溫度進(jìn)行確定，并計(jì)算出完成內(nèi)部焊接所需焊接時(shí)間。
　?。?）研究不同材料的金屬電極與碳納米管的焊接過程，發(fā)現(xiàn)焊接后形成的界面結(jié)構(gòu)不同，這取決于金屬原子對(duì)碳納米管的浸潤(rùn)性強(qiáng)弱。在納米焊接的過程中，金屬電極受高

4、溫熔化首先發(fā)生在金屬表層，逐漸向底層熔化，并不是整個(gè)金屬電極整體熔化。焊接可在低于金屬熔點(diǎn)的溫度下完成，并獲得很好的焊接界面結(jié)構(gòu)。
　?。?）研究鎳（Ni）、鉑（Pt）、金（Au）三種不同金屬原子團(tuán)簇對(duì)碳納米管的浸潤(rùn)性強(qiáng)弱，研究表明Ni原子的浸潤(rùn)能力強(qiáng)于Pt金屬原子的浸潤(rùn)能力，Au金屬原子的浸潤(rùn)能力最弱。而浸潤(rùn)能力的強(qiáng)弱取決于碳納米管對(duì)金屬原子的吸附力與金屬原子之間聚合力的博弈。
　　本文研究了納米焊接的微觀演化過程，揭示出