BaTiO3鐵電體輻射效應(yīng)的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、鐵電材料是一種非常重要的信息功能材料,在空間技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。由于空間環(huán)境的特殊性,應(yīng)用在空間技術(shù)中的任何材料都必須考慮空間環(huán)境的輻射效應(yīng)。目前,對鐵電材料輻射效應(yīng)的研究還非常的缺乏,而且鐵電材料在輻射條件下失效的機制尚不清楚。本論文利用分子動力學(xué)方法,分別采用硬球模型與殼模型對BaTiO3鐵電材料的輻射效應(yīng)進(jìn)行了研究。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了一套新的勢函數(shù)。
　　1.研究了不同能量的入射粒子作用下體系結(jié)構(gòu)的演變情況。采用

2、一個相對簡單的對勢硬球模型,對BaTiO3塊體體系與BaTiO3表面體系進(jìn)行了輻射效應(yīng)的分子動力學(xué)模擬。研究了一系列不同入射能量對塊體體系及表面體系結(jié)構(gòu)的影響。在BaTiO3塊體體系中,觀察到了如氧空位、間隙原子以及輻射誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)非晶化等結(jié)構(gòu)的變化,而在BaTiO3表面體系中,發(fā)現(xiàn)入射粒子主要產(chǎn)生氧空位。結(jié)果表明輻射導(dǎo)致的體系結(jié)構(gòu)的變化與入射粒子的能量直接相關(guān),當(dāng)入射能量達(dá)到一定程度時,可在鐵電體內(nèi)產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)缺陷,甚至導(dǎo)致體系非晶化

3、。在BaTiO3塊體體系中,2000eV的入射能可使塊體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生大量的空位及間隙原子,10000eV的入射能量可使體系變成非晶狀結(jié)構(gòu);而表面體系中,40eV的入射能量便可使表面中將產(chǎn)生永久性的氧空位;
　　2.研究了輻射過程中鐵電材料自發(fā)極化的變化。采用了殼模型分子動力學(xué)方法。由于殼模型在輻射效應(yīng)模擬上的局限性,對傳統(tǒng)的殼模型進(jìn)行了改進(jìn):在短程作用上增加了庫侖屏蔽普適勢ZBL與修改了實心-電子之間的相互作用項。利用改進(jìn)后的殼模型

4、正確地模擬了BaTiO3體系的相變過程,準(zhǔn)確地計算了Frenkel缺陷形成能,說明改進(jìn)后的殼模型可用來進(jìn)行輻射效應(yīng)的研究。利用該模型計算了帶有不同數(shù)目氧空位的體系的極化強度,結(jié)果表明隨著氧空位的增加,極化強度減小。
　　3.在硬球模型的基礎(chǔ)上擬合了一套更合理的勢函數(shù),該勢函數(shù)克服了在計算原子間靜電作用時采用點電荷近似所帶來的不準(zhǔn)確性。將該勢函數(shù)應(yīng)用到BaTiO3體系,成功的模擬了該體系的晶體結(jié)構(gòu)與彈性常數(shù)。認(rèn)為該勢函數(shù)可以應(yīng)用于模