鎳納米線的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能.pdf

1、對一維納米線結(jié)構(gòu)的研究是探討納米線其他性能的一個重要前提。隨著納米線在微電機(jī)系統(tǒng)、納米機(jī)械、納米增強(qiáng)材料等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，對納米線機(jī)械性能的探索具有很重要的意義。而一維納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米管及納米碳管等因其結(jié)構(gòu)微小、實驗較困難，使得分子動力學(xué)模擬被廣泛應(yīng)用于納米線的結(jié)構(gòu)和性能的研究中。本文以分子動力學(xué)模擬作為研究手段，探討了鎳納米線的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能。 對于尺寸較大的鎳納米線，能保持宏觀狀態(tài)下的面心立方結(jié)構(gòu)（FCC），但對

2、于不同晶向、不同自由表面的FCC結(jié)構(gòu)，其能量和性質(zhì)不盡相同。模擬了不同尺寸的FCC<001>、<110>、<110>{111}和<111>晶向的鎳納米線，其弛豫后的平均原子能量與收縮率隨著納米線尺寸的增加而減小，對于相同尺寸的鎳納米線而言，<110>{111}結(jié)構(gòu)的平均原子能量與收縮率最低，這主要與表面原子所占的比例及自由表面的晶向密切相關(guān)。 不論哪種晶向的鎳納米線，只要自由表面存在非密排面，當(dāng)尺寸減小到一定程度時，較大的表面應(yīng)

3、力就會驅(qū)使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的發(fā)生，形成表面密排的超細(xì)納米線結(jié)構(gòu)。通過弛豫退火、拉伸和卷曲組合三種方法探討了鎳超細(xì)納米線的結(jié)構(gòu)。依照超細(xì)納米線表面密排的原則，可以通過卷曲FCC（111）面的三角網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)造（m，n）超細(xì)鎳納米線，并不是所有構(gòu)造的（m，n）納米線都是穩(wěn)定的，故還得通過能量最小化來獲得穩(wěn)定的納米線結(jié)構(gòu)。弛豫后，非螺旋的（5，5）和（6，6）納米線顯示了相對較低的結(jié)構(gòu)能；另外對不同橫截面形狀且徑向尺寸較細(xì)的FCC結(jié)構(gòu)的納米線進(jìn)行弛豫退

4、火，即結(jié)構(gòu)和能量的優(yōu)化，亦可獲得不同的超細(xì)納米線結(jié)構(gòu)，且有很多結(jié)構(gòu)與卷曲組合法獲得的相同；在FCC<001>晶向的納米線拉伸模擬中，頸縮部位形成了較長的（5，5）結(jié)構(gòu)，并證實其是從（6，5）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而來的。還嘗試探討了多殼鎳納米線結(jié)構(gòu)，其中（12，6）（6，3）結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，而螺旋多殼結(jié)構(gòu)中（11，6）（4，2）、（13，7）（6，3）和（14，8）（7，4）弛豫前后結(jié)構(gòu)變化較小，相對也比較穩(wěn)定。 穩(wěn)定納米線結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，也是備

5、受關(guān)注。探討了鎳不同晶向的FCC結(jié)構(gòu)納米線的尺寸效應(yīng)，揭示了納米線的彈性模量、屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)隨著尺寸的變化規(guī)律。對鎳納米線的應(yīng)變率效應(yīng)研究，是以FCC<001>納米線為例，當(dāng)應(yīng)變率較低時，變形機(jī)制主要是滑移變形，且屈服應(yīng)力和應(yīng)變基本不變；當(dāng)施以高應(yīng)變率拉伸時，其結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生非晶轉(zhuǎn)變，且屈服應(yīng)力也隨著應(yīng)變率的升高而增大。對不同結(jié)構(gòu)的超細(xì)鎳納米線進(jìn)行拉伸模擬，計算了超細(xì)納米線的彈性模量、屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)，對拉伸變形過