纳米丝和纳米薄膜力学行为的分子动力学模拟

摘要

该文首先综述了近年来在纳米材料研究领域所取得的一些重要成果和进展,然后在第二章中较全面的阐述了分子动力学方法的基本内容和实施细节.接着介绍了微正则系统的分子动力学实现以及几种常见的正则系统及其分子动力学实现.由于在纳观尺度下材料的表面效应显著,纳米丝表现出了许多与宏观材料不同的特性.纳米丝的加载应变率效应显著,在静态、准静态以及动态加载情况下,分别表现出了不同的应力应变关系以及变形机制.纳米丝的尺寸效应显著.当截面尺寸变化时候,其屈服强度、屈服应变以及应变率敏感区的范围都将发生变化.温度效应对纳米材料的变形特性有重大的影响,绝对零度下由于位错克服势垒困难,造成了薄膜中的长程位错传播受到阻碍,拉伸过程中的塑性破坏主要来源于原子间短距离的相对滑移,而常温下薄膜的塑性变形主要来自于长程的位错传播.粒径是纳米多晶材料的一个十分重要的参数.通过对多晶薄膜拉伸性能的分子动力学模拟发现其屈服强度随着粒径的增加而增加.无论是含自由表面的二维薄膜还是不含自由表面的准三维构型,在达到一定的拉伸应变时都将出现沿着晶界的断裂,不会出现裂纹穿晶现象.