軟脆晶體碲鋅鎘納米壓痕實驗及分子動力學仿真.pdf

1、碲鋅鎘作為第三代半導體的典型代表，是室溫核輻射探測器的最佳材料，并且是紅外探測器核心元件碲鎘汞的最佳襯底材料。由于碲鋅鎘探測器在室溫下具有高分辨率、無需液氮冷卻、體積小、攜帶方便等優(yōu)點，在國家安全防務、核安全、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)探傷、以及醫(yī)學診斷和天體X射線望遠鏡等方面有重要的應用。
　　碲鋅鎘具有軟脆特性，傳統(tǒng)的加工方法如游離磨料研磨、拋光和化學腐蝕，其弊端是游離磨料易嵌入，化學腐蝕容易產生腐蝕溝，導致加工精度低，廢品率高。相對傳統(tǒng)

2、加工方法，超精密磨削方法來加工碲鋅鎘晶體能夠有效避免游離磨料嵌入難題。在超精密磨削中，可以獲得含有部分納米孿晶的損傷層。超精密磨削的過程是多個磨粒壓入材料表面并進行劃擦的過程，因此超精密磨削機理可以從單顆磨粒的壓入和劃擦來獲得。為了探索碲鋅鎘納米磨削機理，以及開發(fā)新的納米孿晶層表面的加工方法，本文進行了碲鋅鎘的單顆粒納米壓痕實驗和分子動力學仿真的研究工作。
　　本文采用分子動力學仿真的方法，研究單顆磨粒超精密磨削中磨粒壓入以及納米

3、孿晶的形成機理，建立了八個模型以及一個單晶模型，孿晶層關于(111)面對稱。每個納米孿晶模型有3個孿晶薄片組成，上下面的孿晶片厚度分別為4.5 nm。8個納米孿晶模型的中間孿晶片厚度分別為4.5 nm、10.1 nm、13.4 nm、14.5 nm、17.9 nm、19.0 nm、24.6 nm、25.7 nm。單晶模型的高度與最大孿晶模型厚度相等。經過分子動力學仿真研究，預測了中間孿晶層厚度為17.9nm的納米孿晶能夠獲得硬度的最大值

4、。當納米孿晶厚度小于17.9nm時，硬度隨著孿晶厚度的增大而增大，服從反Hall-Petch效應;大于17.9nm時，硬度隨著孿晶厚度的增大而減小，為Ha11-Petch效應。
　　為了驗證分子動力學的仿真結果，進行了碲鋅鎘晶體的納米壓痕及納米孿晶的準靜態(tài)加載實驗。采用納米壓痕儀對碲鋅鎘單晶進行了納米壓痕實驗，在峰值載荷分別為500mN、600mN、700mN時形成了單向連續(xù)無晶界新型納米孿晶結構，這種納米孿晶具有優(yōu)異的力學性能，