纳米晶体铜结构与性能的分子动力学模拟

摘要

本文利用分子动力学技术对纳米铜结构进行了数值模拟。本文对分子动力学模拟的嵌套原子模型(EAM)方法，从理论思想起源，到函数的具体形式，都进行了比较详尽的阐述，并分析了其相对其它方法的优越性。着重对EAM方法中的两种实现形式：DB(Daw和Baskes)形式和FS(Finnis和Sinclair)形式进行了讨论，并且对它们的原理和函数结构进行了说明。 本文采用EAM作用势函数，运用分子动力学方法编制了计算机程序，模拟研究了含有晶界的纳米多晶体Cu的结构和能量。计算了不同晶粒尺寸的晶体密度、径向分布函数以及驰豫前后的X射线衍射；对不同晶粒 尺寸的晶体的总能量和晶界对能量分布的影响进行了研究。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2分子动力学的发展动向

1.2.1国外分子动力学模拟研究综述

1.2.2国内分子动力学研究进展

1.3纳米晶体的发展现状

1.3.1综述

1.3.2纳米材料的微观结构

1.3.3纳米材料的性能

1.4本文研究的主要内容及意义

第2章分子动力学模拟计算的原理与方法

2.1分子动力学基本思想和理论基础

2.1.1采样定理

2.1.2边界条件

2.2基本方程

2.3分子模拟采用的势函数

2.3.1 Lennard-Jones势

2.3.2 Morse势

2.3.3 Finnis-Sinclair多体势

2.3.4嵌入原子(EAM)势

2.4本章小结

第3章X射线衍射理论

3.1晶体衍射的一般理论

3.1.1晶体衍射的几何理论

3.1.2晶体衍射的动力学理论

3.1.3动力学衍射理论的物理后果

3.2 X射线衍射方程

3.2.1布拉格方程

3.2.2衍射方向与晶胞参数

3.2.3强度公式及消光规律

3.2.4晶体结构分析方法

3.2.5原子散射因子

3.3本章小结

第4章晶体的结构与能量

4.1结构方面

4.1.1常见的晶体结构及其原胞、晶胞

4.1.2纳米晶体铜模型

4.1.3结构的具体形式

4.2能量方面

4.2.1晶界

4.2.2原子平均能量与超过能

4.2.3沿X轴能量分布

4.3本章小结

第5章模拟计算的结果及分析

5.1计算模型

5.2结构分析

5.2.1结构参量的变化

5.2.2归一化密度

5.2.3用X射线衍射研究晶体结构

5.2.4径向分布函数

5.3能量分析

5.3.1晶界处的能量分布

5.3.2原子平均能量与超过能

5.4本章小结

结论

参考文献

附录1势函数中的常数

附录2 Cu的Crommer-Mann系数

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢