納米焊接機(jī)理的模擬研究.pdf

1、碳納米管具有獨特的結(jié)構(gòu)形態(tài)和優(yōu)異的電子學(xué)特性，成為在制造納電子器件方面的關(guān)鍵材料。利用碳納米管構(gòu)筑納電子器件將會迎來一個低能耗、高性能的電子設(shè)備時代。但是在構(gòu)筑納電子器件時，存在的關(guān)鍵問題是碳納米管與金屬電極之間不易形成穩(wěn)定、可靠的接觸，從而限制了納電子器件的研制和實際應(yīng)用。產(chǎn)生這一問題的根本原因是缺乏對納米焊接接觸界面的微觀機(jī)理的揭示。
　　本文采用分子動力學(xué)的方法對碳納米管與金屬電極焊接的動態(tài)過程進(jìn)行研究、總結(jié)出納米焊接過程中

2、的物理現(xiàn)象和規(guī)律，從而揭示出納米焊接機(jī)理的本質(zhì)，對指導(dǎo)納米焊接實驗研究具有重要意義。在納米焊接過程中，根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的不同可將焊接系統(tǒng)分為碳納米管垂直定向焊接系統(tǒng)和碳納米管水平定向焊接系統(tǒng)。本文的研究內(nèi)容主要包括：
　?。?）建立碳納米管垂直定向焊接系統(tǒng)和碳納米管水平定向焊接系統(tǒng)的焊接模型。研究納米焊接過程中存在的兩種焊接形式：外部焊接和內(nèi)部焊接。在外部焊接的過程中，本文著重研究了納米焊接接觸長度隨碳納米管直徑的變化。并確定外部焊接

3、發(fā)生的臨界溫度。同時，對不同冷卻速率對焊接界面的影響進(jìn)行了比較。在內(nèi)部焊接的焊接過程中，對碳納米管內(nèi)部的金屬納米線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。并確定了五種直徑的碳納米管內(nèi)部的金屬納米線的數(shù)量和組成金屬納米線的原子數(shù)。最后對內(nèi)部焊接發(fā)生的臨界溫度進(jìn)行確定，并計算出完成內(nèi)部焊接所需焊接時間。
　　（2）研究不同材料的金屬電極與碳納米管的焊接過程，發(fā)現(xiàn)焊接后形成的界面結(jié)構(gòu)不同，這取決于金屬原子對碳納米管的浸潤性強弱。在納米焊接的過程中，金屬電極受高

4、溫熔化首先發(fā)生在金屬表層，逐漸向底層熔化，并不是整個金屬電極整體熔化。焊接可在低于金屬熔點的溫度下完成，并獲得很好的焊接界面結(jié)構(gòu)。
　?。?）研究鎳（Ni）、鉑（Pt）、金（Au）三種不同金屬原子團(tuán)簇對碳納米管的浸潤性強弱，研究表明Ni原子的浸潤能力強于Pt金屬原子的浸潤能力，Au金屬原子的浸潤能力最弱。而浸潤能力的強弱取決于碳納米管對金屬原子的吸附力與金屬原子之間聚合力的博弈。
　　本文研究了納米焊接的微觀演化過程，揭示出