单层二硫化钼的制备及纳米压痕力学行为的分子动力学模拟

摘要

作为一种具有特殊晶格结构的二维纳米材料，单层二硫化钼（MoS2）具有优异的力学、电学和光学等特性，在纳机电系统、微电子、光电子等领域具有广泛的应用前景。本文先介绍了采用化学气相沉积（CVD）法制备单层MoS2的工艺方法路线，并对制备得到的单层MoS2样本进行了表征分析。之后基于分子动力学方法，研究了纳米压痕实验过程中单层MoS2的变形失效机制及其力学性能，并讨论了加载速度、压头尺寸、环境温度、缺陷浓度、缺陷种类、缺陷位置等不同条件对单层MoS2力学性能的影响。本文的主要研究内容如下：
　　首先，简要介绍了MoS2材料的晶体结构及性质，并对单层MoS2的制备技术方法及力学性能研究的现状进行了总结分析。
　　其次，简要介绍了单层MoS2制备方法的原理及优缺点，并对本文中采用CVD法制备单层MoS2所需的实验器材、原材料以及制备时的工艺方法过程作了详细介绍，并对制备得到的单层MoS2样本进行表征分析。
　　再次，详细介绍了纳米压痕实验的理论基础，并简要介绍了分子动力学方法的基本思想，针对本文仿真中的初值、系综、边界条件、势函数等仿真参数的设定作了详细说明，同时还对本文中所使用的仿真软件作了简要介绍。
　　然后，建立了本征单层MoS2模型，对其进行纳米压痕实验仿真，详细介绍了压痕过程中单层MoS2的变形失效机制，并计算出单层MoS2的杨氏模量等力学性能参数。研究结果表明：单层MoS2的杨氏模量值为280±21GPa。同时，还发现当单层MoS2的位移达到临界位移δc时，单层MoS2薄膜会出现相变，而诱导相变产生的原因则是原子层间距离的变化。另外，还发现加载速度、压头尺寸以及环境温度对单层MoS2的力学性能均有一定程度的影响。
　　最后，建立了缺陷单层MoS2模型，对其进行纳米压痕实验仿真，分析讨论了缺陷浓度、缺陷种类以及缺陷位置对其力学性能的影响。研究结果表明：缺陷浓度对单层MoS2力学性能的影响较大；不同缺陷种类对其影响程度也不相同，其中空位缺陷的影响较大，反位缺陷的影响较小；且缺陷位置对MoS2薄膜也具有一定的影响，当缺陷处于压头正下方时，单层MoS2更容易发生破坏现象。
　　通过本文对单层MoS2的制备技术及纳米压痕力学行为的研究，为后续其在纳机电系统、微电子以及光电子等器件中的应用打下了良好的实验和理论基础。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2二硫化钼概述

1.3国内外研究现状分析

1.4本文的研究目的及工作安排

第二章 单层二硫化钼的制备及表征

2.1单层二硫化钼制备方法介绍

2.2 CVD实验设备材料及制备工艺介绍

2.3单层二硫化钼的表征

2.4本章小结

第三章 纳米压痕技术及分子动力学概述

3.1纳米压痕技术

3.2分子动力学方法

3.3本章小结

第四章 单层二硫化钼的纳米压痕实验仿真

4.1物理模型及模拟条件介绍

4.2纳米压痕实验结果分析

4.3不同条件对单层MoS2力学性能的影响

4.4本章小结

第五章 缺陷对单层二硫化钼力学性能的影响

5.1缺陷形成能计算

5.2缺陷浓度及缺陷种类的影响

5.3缺陷位置的影响

5.4本章小节

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2本文的不足及未来工作展望

参考文献

致谢

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