单晶铜薄膜拉伸性能的分子动力学研究

摘要

通过对三种不同厚度单晶铜薄膜的拉伸测试过程进行分子动力学模拟,从微观角度揭示了尺度效应对材料性能的影响。模拟采用原子镶嵌势描述原子间作用力，得出纳米尺度单晶铜薄膜的应力—应变关系及能量演化曲线。分析结果表明：对于纳米尺度铜薄膜，厚度是影响薄膜屈服强度的主要因素，即在纳米厚度薄膜中依然存在明显的尺度效应。随薄膜厚度减小，屈服应力明显增加，杨氏模量减小。这是由于：在超薄铜膜中，位错的萌生和运动受到约束，不容易产生几何需要位错。此外，研究发现：薄膜的塑性变形主要来自于原子的局部滑移。