金納米線拉伸力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、納米材料擁有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和磁學(xué)性能。隨著納米科技的快速發(fā)展，尤其是隨著微電子元器件的發(fā)展，金屬納米線作為納米材料的重要組成部分，引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。金屬納米線是構(gòu)成納米器件的重要元素。對(duì)金屬納米線力學(xué)性能的研究是納米材料應(yīng)用技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)之一；同時(shí)，對(duì)金屬納米線力學(xué)性能的研究對(duì)于保證微電子元器件的穩(wěn)定性與可靠性具有重大意義和重要作用。
　　 分子動(dòng)力學(xué)模擬是計(jì)算機(jī)模擬的一種方式，其適用范圍非常廣泛。本文運(yùn)用分子

2、動(dòng)力學(xué)方法研究了金納米線的截面尺寸、拉伸應(yīng)變率、模擬溫度對(duì)金納米線拉伸力學(xué)性能的影響，重點(diǎn)分析了各種因素對(duì)金納米線的屈服強(qiáng)度、彈性模量的影響。模擬中采用原子內(nèi)嵌勢(shì)作為原子勢(shì)函數(shù)，采用Verlet算法求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程。
　　 在金納米線的拉伸過程中，金納米線可能發(fā)生彈性形變也可能發(fā)生塑性形變。通過監(jiān)控金納米線拉伸過程中的應(yīng)力與應(yīng)變的變化，可以得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線；通過對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線線性階段的分析可以得到金納米線的彈性模量；應(yīng)力-應(yīng)

3、變曲線的最高點(diǎn)定義為屈服強(qiáng)度。
　　 在拉伸應(yīng)變率相同、拉伸溫度相同的情況下，共建立七個(gè)不同截面尺寸的金納米線模型來探討截面尺寸對(duì)金納米線拉伸力學(xué)性能的影響。通過分析金納米線的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和屈服強(qiáng)度、彈性模量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線反映出金納米線形變的不同階段。應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線性階段對(duì)應(yīng)于金納米線拉伸過程中的彈性形變階段；屈服點(diǎn)過后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)應(yīng)于金納米線拉伸過程中的塑性形變階段。在塑性形變階段，金納米線出現(xiàn)大量

4、的堆垛層錯(cuò)。屈服點(diǎn)過后，金納米線應(yīng)力急劇減小，之后在一定范圍內(nèi)呈波動(dòng)趨勢(shì)。金納米線截面尺寸越小，屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)酱?，金納米線發(fā)生屈服的時(shí)間越晚。這主要是因?yàn)榻孛娉叽巛^小的金納米線有更大的比表面積，表面原子比例較大。對(duì)相同長(zhǎng)度的金納米線而言，其彈性模量隨著金納米線截面尺寸的減小而減?。磺?qiáng)度隨金納米線截面尺寸的減小而增大。
　　 在溫度和截面尺寸相同的情況下，不同應(yīng)變率下的金納米線拉伸力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，在較高的應(yīng)變