分子动力学模拟C+离子与聚变材料钨的相互作用

采用分子动力学方法模拟不同能量的C+离子与聚变材料钨的相互作用.模拟结果表明:当C+离子入射剂量为3.11×1016 cm-2,入射能量为50eV时,样品表面形成一层碳膜;而入射离子能量为150和250eV时,C+离子入射到样品内与钨原子共同形成碳钨混合层,样品表面没有形成碳膜;碳的沉积率随能量的增大先减小后增加,溅射率随能量的增大先增大后减小;轰击后的样品中,碳原子密度、C-W键密度及C-C键密度分布都随能量的增加逐渐向样品内移动,且C-W键分布厚度随能量的增加而逐渐增加,C-C键分布厚度几乎不随能量变化;在作用过程中极少量的钨原子发生溅射,但引起钨品格损伤严重;碳在轰击后的样品中主要以Csp3杂化形式存在.     

分子动力学模拟不同入射能量的CH与碳氢薄膜的相互作用

本文使用分子动力学方法模拟低能CH与碳氢薄膜的相互作用,以探讨在核聚变过程中CH的再沉积行为及对面向等离子体材料性质变化的影响。选择的入射能量分别为0.3,1,5,10 eV。模拟结果表明随着入射能量的增加C原子与H原子的吸附率增加,且在入射能量大于CH离解能的情况下,同一能量下H原子的吸附率小于C原子的吸附率。随着入射能量的增加,薄膜的厚度增加,薄膜中含有Csp2的范围变宽,并且表面逐渐转变为Csp2表面。薄膜中的C主要以Csp3形式存在,其次是Csp2,几乎不含Csp1。通过统计薄膜中的CHx(x为1~4)发现CH占优势,其次是CH2,而CH4的量非常少。     

入射角度对Ar~+与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了入射角度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,入射角度对样品原子溅射影响很大。随着入射角度的增大,Si原子和C原子的溅射量先增加后减小。相同入射角度下,Si原子的溅射阈值比C原子的小,Si原子的溅射量大于C原子的溅射量。初始样品在Ar+以不同角度轰击2000次后的形貌各异。产物中主要以Si原子和C原子为主,有少量的Si类和C类产物。入射角度对产物Si原子的角度分布几乎没有影响,而对产物C原子的角度分布有较小的影响。     

分子动力学模拟不同入射能量的SiF2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx(x=1~4)中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。     

聚氨酯与稀释沥青相互作用的分子动力学模拟

为从分子尺度深入了解聚氨酯与稀释沥青的相互作用,采用Materials Studio软件,分别构建沥青、聚氨酯、聚氨酯-稀释沥青共混模型,并验证模型准确性。基于分子动力学模拟,开展温度和聚氨酯掺量对稀释沥青内聚能密度、溶解度参数、相互作用能、力学性能的影响研究。结果表明：建立的沥青和聚氨酯分子模型较合理,能够表征沥青和聚氨酯真实特性;随着温度的升高,稀释沥青和稀释沥青-聚氨酯共混体系的内聚能密度均呈下降趋势;在[-10℃,100℃]范围内,聚氨酯添加物能够降低稀释沥青的内聚能密度,不同温度下降低幅度平均为15%;在60℃时,稀释沥青与聚氨酯的溶解度参数δ差值最小,各总相互作用能和范德华势能最大,体系最稳定;聚氨酯能够提高稀释沥青的力学参数,并且力学参数与聚氨酯的掺量呈正相关关系。研究对树脂改性冷补沥青混合料具有参考价值。     

聚变堆中H刻蚀碳氢薄膜的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了低能H原子与碳氢薄膜的作用过程,以了解基于核聚变装置中等离子体与C基材料的相互作用机制。模拟中使用REBO(reactive empirical bond order)势函数来描述C-H体系中原子间的相互作用,并使用Berendsen热浴来控制体系的温度。文中着重探讨了入射能量对低能H原子刻蚀碳氢薄膜的影响,入射能量分别为0.3,1,5和10eV。模拟结果显示随着入射能量的增加,H原子的吸附率增加,C原子和H原子的刻蚀率增加。同一能量下H原子比C原子更易发生刻蚀。通过讨论发现在H原子与碳氢薄膜作用过程中,当能量大于1 eV时,由于入射的H原子先沉积在表面并与表面原子发生反应形成碳氢化合物,然后在后续入射粒子的轰击下碳氢化合物在表面发生解吸附现象,从而导致了C原子的刻蚀,因此C原子的刻蚀发生主要是化学增强的物理溅射。     

MgO材料高压熔化特性的分子动力学模拟

用Shell模型分子动力学(MD)方法对MgO材料的高压熔化特性进行了研究,势函数取Buckingham形式.将计算得到的熔化曲线与实验以及其它理论结果在0～140GPa的压力范围内做了比较,通过修正得到的MgO熔化温度和实验测量能够很好地符合.MgO熔化模拟的结果对固体材料一阶相变分子动力学模拟的过热理论做了进一步的验证.另外,我们对反映体系微观结构的MgO径向分布函数(RDF)进行了分析.     

F原子与Si表面相互作用的动力学研究

采用分子动力学方法模拟了F原子与Si表面相互作用,F原子入射能量分别为0.3,1,3,5,7和9 eV。在模拟过程中,F原子的沉积率与Si表面悬键密度有关,而Si原子的刻蚀率与表面晶格结构破坏程度有关,随着Si原子刻蚀率的增加,样品高度降低。在不同能量F原子作用下,样品Si表面形成Si-F反应层。Si-F反应层的厚度随入射能量的增加而增加,其组成成分对产物有至关重要的影响。     

材料摩擦磨损分子动力学模拟的研究进展

随着新技术的发展以及材料服役环境的日益复杂化,传统的试验研究已经不能满足人们对摩擦磨损的认识需求,因此必须借助数值模拟方法来研究材料的摩擦磨损行为.特别是随着近年来原子尺度理论模型的不断完善和计算机运算能力的不断提高,分子动力学模拟已经成为研究材料摩擦磨损行为和机制的重要方法.本文详细综述了材料摩擦磨损分子动力学模拟的国内外研究现状.首先阐述了分子动力学模拟中势能函数的建立;其次介绍了材料摩擦磨损分子动力学模拟常用的接触模型;然后概述了采用分子动力学模拟方法研究接触面积、载荷、温度、速度和晶体取向等因素对材料摩擦磨损的影响;最后指出了目前材料摩擦磨损分子动力学模拟中存在的一些问题,并对未来发展方向进行了展望.     

单层石墨烯薄膜拉伸变形的分子动力学模拟

采用Tersoff势对锯齿型(Zigzag)和扶手椅型(Armchair)单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,得到薄膜应力-应变演化关系,初步研究了其拉伸破坏变形机制。模拟结果表明:驰豫后的二维石墨烯薄膜并非完美的平面结构,表面不完全平整,出现类似波纹状褶皱。模拟计算得到锯齿型和扶手椅型石墨烯薄膜的杨氏模量分别为1031.36GPa和1058.42GPa,与文献报道结果一致。石墨烯薄膜在拉伸载荷作用下,薄膜边缘六角元胞首先转变为五角元胞形成缺陷,随着应变增大缺陷增多,碳-碳键逐渐断裂,最终导致薄膜破坏。     

石墨/树状大分子复合材料的分子动力学模拟

在COMPASS(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies)力场下, 对以氨(Amine)、 丁二胺(Butanediamine)为核的1代~3代(1G~3G)石墨/树状大分子纳米复合材料进行了分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)。介绍了复合体系的构建过程及分子动力学模拟细节, 从微观构形、 能量变化研究了正则系综(恒定的NVT)中6种插层复合物的稳定性及其机理, 最后利用径向分布函数(Radial distribution function)对能量变化结果进行了分析。结果表明, 当树状大分子体积较小时, 石墨层容易弯曲, 体系能量较高, 导致复合体系不稳定; 随着树状大分子代数的增加, 石墨层形变减小, 体系能量降低, 3代时树状大分子体系最稳定。      

钨合金力学性能表征分子动力学模拟

通过实验方法和分子动力学模拟方法研究了91%(质量分数,下同)细化颗粒钨合金材料的塑性力学问题。结果表明:细化钨合金材料具有应变率效应,且随着应变率的增加,屈服强度增强;钨合金材料应力-应变关系具有显著的温度效应、尺度效应和晶向效应;基于对钨合金材料的数值模拟结果与实验结果对比,得到了两种方法具有一致性的结论,证明了该MD模拟的准确性以及拟合出高应变率幂律公式的可信性。     

聚乙烯与沥青相互作用的分子动力学机理研究

聚乙烯改性沥青的相互作用研究对开发塑料回收颗粒在路用沥青中的应用具有重要价值。采用分子动力学模拟方法探究聚乙烯与沥青在分子尺度的相互作用,构建沥青组分模型,采用结合能、扩散系数和相对浓度分布探究聚乙烯与沥青的相互作用机制。结果表明,聚乙烯与轻质组分(饱和分和芳香分)的结合能强于重质组分(沥青质和胶质),说明聚乙烯与轻质组分具有更好的相容性。然而,聚乙烯与沥青四组分的结合能都小于460 443.7 J/mol,说明聚乙烯与沥青组分的相容性普遍偏低,这可能是聚乙烯改性沥青存在微观两相分离问题的原因。聚乙烯的加入导致沥青分子的扩散系数降低(最大0.02×10^-8m²·s^-1),这是聚乙烯压缩沥青分子的运动空间所致。此外,浓度分布结果表明,聚乙烯在吸附沥青轻质组分的同时,可破坏沥青原有的胶体体系稳定性。研究结果可为高性能聚乙烯改性沥青材料的开发设计提供理论参考。     

分子动力学模拟在塑料材料中迁移研究现状

目的概述分子动力学模拟方法应用于小分子物质在食品塑料包装材料中迁移研究的应用进展。方法综合近20年国内外分子动力学模拟方法在小分子扩散行为的研究进展。结果采用分子动力学模拟方法不仅可以定性地描述小分子在食品塑料包装材料中的扩散行为,而且能模拟聚合物材料的一些结构与性能,分析影响小分子迁移行为的因素,确定小分子的扩散系数。结论分子动力学模拟方法在食品塑料包装材料迁移研究应用中仍存在许多尚未完善与尚未研究的部分,包括通过分子动力学模拟计算所得扩散系数与实验值、半经验公式计算值有差异,在复合膜中模拟应用较少等方面。     

AgSnO_2触头材料电弧侵蚀特征的分子动力学模拟

研究电接触材料电弧侵蚀作用过程中灭弧过程的微观机理,采用分子动力学和实验的方法对反应合成的AgSnO2电接触材料的熔池行为进行模拟。结果表明:根据起弧时的物相所构建的模型,能够准确地模拟熔池特征,熔池内部物质运动和存在状态是决定耐电弧侵蚀的关键因素。可通过增加反应合成AgSnO2电接触材料与基体浸润的氧化物组分,以及氧化物发生物态变化、化学分解过程来达到熄弧的目的。     

聚醋酸乙烯酯与黑索今体系的分子动力学模拟

聚醋酸乙烯酯(PVAc)与黑索今(RDX)的界面相互作用会直接影响RDX的表面包覆效果,因此,在原子、分子层次研究其作用方式,可以发现相互作用机制。利用分子动力学模拟方法,以径向分布函数描述组分间相互作用的方式;研究不同温度下PVAc与RDX晶面的相互作用,并计算PVAc在RDX晶体表面的扩散速率。结果表明,在298~353 K温度下,PVAc与RDX的结合能随温度升高略有降低;通过对有效各向同性模量和柯西压的分析得到,加入PVAc能够有效改善RDX的力学性能。此外,在343 K的温度下,PVAc在RDX表面的扩散速率最大,体系的力学性能最为优异。     

不同拉伸应变率下金纳米线拉伸力学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同拉伸应变率下金纳米线的拉伸力学行为。模拟结果表明，相同截面尺寸、拉伸温度、拉伸方向的金纳米线在较高的拉伸应变率下，屈服强度较大，屈服发生的较早；更高应变率下的金纳米线在屈服时对应的应变更大，并且更容易发生二次屈服。金纳米线的弹性模量随着拉伸应变率的增大有所增加，但是幅度不是很明显。     

Ar~+与氟化的Si样品相互作用机制的研究:分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了Ar+与表面含有C,F反应层的Si样品的相互作用过程,以了解Ar+与氟化的Si的作用机制。为了和相对应的实验结果做比较,选择了两种样品,表面富F样品和表面富C样品。模拟结果表明,对于表面富F样品,能清楚地看到Si的刻蚀且随着入射能量的增加Si的刻蚀增加。当入射Ar+数量到达一定程度后Si的刻蚀完全停止。对于富C样品,几乎没有发生Si的刻蚀,这是由于Si-C键对Si的刻蚀起阻碍作用。     

掺硅a-C∶H材料光学性质的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,对掺Si的非晶碳氢材料的结合键、C-sp3含量、电子结构、光学性能等物理性质进行了理论模拟研究。研究结果表明,在Si掺杂量小于8%时,随Si掺杂量的增加,Csp3含量,C-Si键数量均呈现增大的趋势,而C-C键数量则有所降低。在光学特性上,在波长为400~800nm范围内,其透过率在Si掺杂量为1.5%时达到最大值,然后,随Si掺杂量增加其透过率先减小后增大,并在掺杂量为4.5%处达到一个透过率的极小值。此外,当Si掺杂量为4.5%时,其反射率和吸收系数最大。     

不同拉伸应变率下金纳米线拉伸力学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同拉伸应变率下金纳米线的拉伸力学行为。模拟结果表明,相同截面尺寸、拉伸温度、拉伸方向的金纳米线在较高的拉伸应变率下,屈服强度较大,屈服发生的较早;更高应变率下的金纳米线在屈服时对应的应变更大,并且更容易发生二次屈服。金纳米线的弹性模量随着拉伸应变率的增大有所增加,但是幅度不是很明显。