金納米線拉伸力學性能的分子動力學模擬.pdf

1、納米材料擁有優(yōu)異的力學、電學、熱學和磁學性能。隨著納米科技的快速發(fā)展，尤其是隨著微電子元器件的發(fā)展，金屬納米線作為納米材料的重要組成部分，引起了人們越來越多的關注。金屬納米線是構成納米器件的重要元素。對金屬納米線力學性能的研究是納米材料應用技術所面臨的挑戰(zhàn)之一；同時，對金屬納米線力學性能的研究對于保證微電子元器件的穩(wěn)定性與可靠性具有重大意義和重要作用。
　　 分子動力學模擬是計算機模擬的一種方式，其適用范圍非常廣泛。本文運用分子

2、動力學方法研究了金納米線的截面尺寸、拉伸應變率、模擬溫度對金納米線拉伸力學性能的影響，重點分析了各種因素對金納米線的屈服強度、彈性模量的影響。模擬中采用原子內(nèi)嵌勢作為原子勢函數(shù)，采用Verlet算法求解牛頓運動方程。
　　 在金納米線的拉伸過程中，金納米線可能發(fā)生彈性形變也可能發(fā)生塑性形變。通過監(jiān)控金納米線拉伸過程中的應力與應變的變化，可以得到應力-應變曲線；通過對應力-應變曲線線性階段的分析可以得到金納米線的彈性模量；應力-應

3、變曲線的最高點定義為屈服強度。
　　 在拉伸應變率相同、拉伸溫度相同的情況下，共建立七個不同截面尺寸的金納米線模型來探討截面尺寸對金納米線拉伸力學性能的影響。通過分析金納米線的應力-應變曲線和屈服強度、彈性模量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)應力-應變曲線反映出金納米線形變的不同階段。應力-應變曲線的線性階段對應于金納米線拉伸過程中的彈性形變階段；屈服點過后的應力-應變曲線對應于金納米線拉伸過程中的塑性形變階段。在塑性形變階段，金納米線出現(xiàn)大量

4、的堆垛層錯。屈服點過后，金納米線應力急劇減小，之后在一定范圍內(nèi)呈波動趨勢。金納米線截面尺寸越小，屈服點對應的應變越大，金納米線發(fā)生屈服的時間越晚。這主要是因為截面尺寸較小的金納米線有更大的比表面積，表面原子比例較大。對相同長度的金納米線而言，其彈性模量隨著金納米線截面尺寸的減小而減??；屈服強度隨金納米線截面尺寸的減小而增大。
　　 在溫度和截面尺寸相同的情況下，不同應變率下的金納米線拉伸力學性能的分子動力學模擬表明，在較高的應變