纳米单晶α—Fe功能材料的力学性能及破坏机制

基于修正的镶嵌原子势建立了单晶α-Fe一维纳米线、二维纳米超薄膜和三维纳米固体3种纳米功能材料的物理模型，并采用分子动力学方法研究了其力学性能和变形破坏机制,模拟表明自由表面是影响纳米材料力学行为和睦能及破坏机制的重要因素之一。受自由表面断键影响，纳米线和纳米薄膜存在初始应力，系统平均原子能量高于纳米固体；纳米线和纳米薄膜的破坏从表面晶格开始向内部扩展，而纳米固体的拉伸破坏从内部晶格开始。研究得到α-Fe单晶2．87nm×2．87nm纳米线、2．87nm厚的纳米超薄膜和三雏纳米晶固体的屈服强度、拉伸断裂强度和初始拉伸刚度（弹性模量）及可承受变形。纳米金属功能材料的拉伸本构关系与宏观多晶金属相似，存在软化阶段，无明显应力强化过程，与实验结果吻合。     

大尺寸纳米金属银和纳米金属钨块材的制备与力学性能研究

(1)采用惰性气体冷凝和真空原位温压技术在自行研制的设备上制备成功当前国际上用该种方法制备的最大尺寸清洁界面纳米金属银块材。块材直径为80mm,厚度为7.8mm,密度为97％理论密度,平均晶粒尺寸为50nm。块材的显微硬度、拉伸屈服强度和抗拉强度分别为0.9GPa、80MPa和169MPa,分别是多晶粗晶银的2、1.51和1.3倍,拉伸延伸率约为3.58％。拉伸形变硬化分快速硬化、稳定硬化和抛物线形硬化三个阶段。相应的形变硬化指数分别为0.257、0.199和0.110。压缩屈服强度为200～280MPa,是铸造银的4～5倍。屈服强度随着压缩应变速率的增大而提高,但对压缩试样的高度直径比不敏感。压缩率大于68％,显示出良好的压缩塑性形变能力。(2)采用化学气相法先制备得到纳米金属钨粉体,然后再利用真空热压技术在自行研制的设备上,在1 GPa压强和570℃温度下,将其固结成晶粒尺寸为34nm、相对密度为88.8％、具有α-W相结构的纳米金属钨块材。块材尺寸为直径10mm,厚度1mm。纳米金属钨的密度和显微硬度随热压温度和压强的升高而快速增大,预示进一步提高热压温度至800℃左右或提高热压压强可望大幅度提高其密度和显微硬度。     

不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能

通过直流磁控溅射方法制备出四个不同厚度的纳米Ti薄膜,并分别采用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪研究了Ti薄膜的力学性能和残余应力大小,结合分形维数方法和原子力显微镜对薄膜表面粗糙度和表面形貌进行了分析。实验结果表明:随Ti薄膜厚度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,表面粗糙度和残余应力值随厚度的增加先增大后减小,而Ti薄膜弹性模量和硬度随薄膜厚度增加呈现出先减小随后增大的趋势。当薄膜厚度为600,2400,3600nm时薄膜中存在残余压应力,厚度为1200nm时存在残余拉应力,薄膜中残余应力分布最为均匀,但此时薄膜具有较低的硬度和弹性模量值。分析得出Ti薄膜中存在残余拉应力会使薄膜硬度和弹性模量值变小,残余压应力反之。     

多空位缺陷对石墨烯/H-BN超晶格纳米结构力学性能的影响

本文研究了不同周期长度的G/H-BN超晶格纳米带在不同缺陷下的力学性能.在G/H-BN超晶格纳米结构中,通过离子辐照产生了菱形和方形两种缺陷.研究和讨论了纳米孔面积(菱形和方形)、周期长度Lp、空位缺陷数以及不同位置空位缺陷对G/H-BN超晶格纳米带力学性能的影响.结果 表明,G/H-BN超晶格纳米结构的破坏强度和应变...     

Ni针尖/Au基体纳米压痕的分子动力学模拟

采用原子镶嵌势函数（EAM）模拟Ni针尖（约1．5mm）／Au基体纳米压痕过程．研究结果表明,当Ni针尖与Au基体间距离达到一定值时（约0．23 mm）,机械的不稳定性使得针尖与基体间发生跳跃接触,产生纳米压痕和黏附现象（Au原子包裹在Ni针尖周围）．当压头离开基体表面,Ni针尖被拔起,随后在针尖与基体间形成连续的由Au组成的细颈．同时计算得到整个系统在针尖接近基体、跳跃接触、压痕、黏附、形成缩颈和一系列分离过程中的势能变化．     

纳米多孔金属力学性能的若干研究进展

纳米多孔金属是近年来发展起来的一类具有纳米级双连续孔洞和高表面积的新型功能材料,具备如化学性能、力学性能、表面拉曼散射性能等多方面的优异特性,在催化、传感、新能源、生物医学等诸多领域拥有广阔的应用前景。围绕纳米多孔金属的制备、力学性能和尺度特性等,展开细述了相关的研究工作,并重点针对力学性能方面的研究进展,如尺度方程、破坏机理、表面效应和表面应力,以及脱合金制备方法和制备过程中的力学问题进行了讨论,并对将来的研究方向进行了展望。     

金属纳米多层膜力学性能研究进展

新型功能材料及器件向小型化,集成化和复合化发展的趋势,使得尺寸在纳米尺度的层状材料和柔性多层器件在使用过程中的服役行为成为其发展的关键科学问题。本文结合作者近几年对Ag/M系列和Cu/M系列多层膜力学性能的研究工作,对金属纳米多层膜的微结构特征及其对力学性能的影响进行了回顾和总结,主要包括多层膜的晶粒形貌对其强化机制和塑性变形行为的影响,组元强度错配对多层膜硬化行为的影响,界面结构与其强度极值的关系、不对称界面结构引起的异常弹性模量增强和多层膜的室温蠕变机制及界面结构对蠕变性能的影响等几个方面,并对多层膜的力学性能研究进行了展望。     

纳米金属钨的制备研究进展

综述了近年来的纳米金属钨的粉体、薄膜及块体材料制备方法的研究进展及其微结构与力学性能。     

液态金属Cu大系统快速凝固过程中微观结构转变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen多体势,对液态金属Cu的快速凝固过程进行了计算机模拟跟踪研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属Cu原子的成键类型和形成的原子团簇结构.研究发现,系统形成以1551、1541和1431 3种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和缺陷多面体基本原子团(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)在液态转变为非晶体过程中起到了关键性作用;系统所形成的纳米级团簇由一些基本多面体原子团相互连接而成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别.通过对双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团和平均原子体积的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×1014K/s时的非晶转变温度Ts约为673K.     

纳米复合材料力学性能的研究

本文从薄膜和块体材料两个方面介绍了近年来有关纳米复合材料力学性能的研究成果。综述了薄膜和块体纳米复合材料优异的力学性能及其产生机制,并指出了进一步研究方向。     

金属钛嵌入式原子势的计算及验证

本文利用分析型的原子间作用势形式得到了金属钛的嵌入式原子势(EAM),通过计算金属钛的熔点、空位形成能验证金属钛嵌入式原子势的准确性。计算得到的金属钛的熔点为1 920 K,空位形成能为1.469 eV。与实验值1 941 K、1.500 eV存在着21 K、0.031 eV的差距,模型中原子数量较少可能是造成数据偏差的主要原因。     

Bimodal failure behaviour of metal film resistors

The ageing behaviour of metal film resistors was studied using high-resolution in-situ resistance measurements. A temperature storage experiment was performed at five different temperature levels. At each condition, the ageing behaviour of 128 resistors was monitored. It turned out that the failure behaviour of the samples is rather complicated. One remarkable fact is that measurements coming from two different production lots led to completely different results. One production lot displayed monomodal failure behaviour, while for the other lot bimodality was observed. Serious errors in the calculation of the FTTF (first time to failure) can be expected when this fact is not properly taken into consideration. This paper also discusses some important aspects of the analysis of failure time data, such as (i) the choice of the underlying failure distribution, (ii) the number of samples to be tested and (iii) the failure criterion to be used. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

乙醇对纳米CuO晶型及脱硫性能的影响

分别以硝酸铜水溶液和乙醇溶液为原料、氢氧化钠为沉淀剂,采用直接沉淀法制备了纳米CuO.通过TEM、XRD和XPS技术对比分析了乙醇对纳米CuO粒径及晶型的影响,并对比测试了制得的两种纳米CuO室温脱硫性能.实验结果表明:乙醇为分散剂制得的纳米CuO主要是球形,其平均粒径约为7nm,水为分散剂制得的样品中出现了大量棒形纳米CuO,尺寸约为8 nm×36 nm,说明溶剂极性影响纳米材料的粒径和晶型的形成;球形纳米CuO室温脱除H2S的活性时间是棒形纳米CuO的近两倍,表明纳米粒子的结构是影响脱硫性能的重要因素.     

分子沉积膜的力学特性研究

在金衬底上制备了分子沉积膜。用原子力显微镜研究了它的摩擦力,结果表明沉积膜能明显地减小摩擦力。用纳米压痕仪研究它的纳米力学特性,结果表明在金表面沉积一层膜后,弹性模量、硬度和载荷都减小,说明分子沉积膜能改善金衬底的纳米力学特性。     

Mechanical performance of ceramic matrix composite I-beams

Experimental studies have been performed on ceramic matrix composite (CMC) I-sections, which typify joint designs for CMC components. Axial loads and moments have been applied to activate delamination mechanisms. The maximum load bearing capacity has large variability, governed by the severity of manufacturing flaws located in the transition region of the I-section. This variability leads to an unsatisfactory design situation. Delaminations that form from these flaws arrest and behave in a stable manner, subject to a remanent load bearing capacity. This remanent capacity has minimal variability. Hence, design based on the remanent load would be robust. An expression for this design criterion is presented.     

不同钙硅比水化硅酸钙力学性能的分子动力学模拟

基于Pellenq等的建模思路,构造了不同钙硅比(C/S)的水化硅酸钙(C-S-H)原子模型,采用分子动力学方法模拟了C-S-H在轴向拉伸载荷作用下的力学性能。重点比较分析了不同钙硅比的C-S-H在无水及含水情况下的拉伸应力-应变曲线。模拟结果表明:(1)与钙硅比为1.0的情况相比,钙硅比大于1.0时C-S-H结构的抗拉强度显著下降;(2)钙硅比大于1.0时,钙氧间的相互作用在承受载荷方面起重要作用,有效弥补了结构中因SiO_2基团缺失引起的缺陷,使得C-S-H的强度下降程度趋缓;(3)当应变达到一定程度时,水分子能够切断钙氧间的相互作用,使得C-S-H结构的强度进一步降低甚至引起断裂失效。     

充填聚氨酯泡沫的薄壁金属筒的力学性能研究

通过充填聚氨酯泡沫的薄壁金属圆筒的力学性能试验,研究薄壁金属圆筒内充填聚氨酯泡沫的作用和效果。试验比较了空心薄壁金属圆筒和充填聚氨酯的薄壁金属圆筒的轴向抗压荷载一位移曲线和破坏模式．试验结果表明充填聚氨酯后可大大改善薄壁金属筒的力学性能,提高其抗变形和吸收能量的能力．     

C60,C180,C60@C180富勒烯分子的压缩力学特性与电子结构

采用分子动力学方法模拟了C60,C180,C60@C180富勒烯分子的压缩过程,用PM3半经验量子力学方法计算了压缩C60,C180,C60@C180分子的电子结构,讨论了C60,C180,C60@C180分子压缩力学特性的差异,以及电子结构在压缩过程中的变化．结果表明,由于分子几何构形上的差异,C60分子的承载与吸收能量能力显著高于C180和C60@C180分子,而CC60@C180分子略高于C180分子;C60分子具有最高的化学稳定性,而C60@C180分子的稳定性最低;C60和C60@C180分子的压缩变形越大,越容易失去电子,稳定性越低;C180分子在加载点处发生压缩“塌陷”时,化学活性明显增加．