納米線在機械衝擊下失效機理的探索研究

《納米線在機械衝擊下失效機理的探索研究》是依託南京大學，由趙健偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米線在機械衝擊下失效機理的探索研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙健偉
• 依託單位：南京大學

項目摘要

金屬納米線在微納系統中占有重要地位。本項目針對納米線如何形成和斷裂失效，以超大規模分子動力學模擬為基礎，不同過渡金屬（面心立方）納米線為體系，系統地探索研究納米線在不同晶向、缺陷分布和不同溫度、尺寸以及機械衝擊速度下失效的機理。我們對此做的前期工作表明，單次樣本納米線的形成和失效具有隨機性，由此，我們採用統計的處理方法，提出了最可幾概念。其次，採用雙晶界面模型，簡化納米線在微納加工中的界面問題，考察其在循環機械衝擊下的穩定性。另外，將鍵序-鍵長-鍵強理論套用到分子動力學模擬研究納米線形成和失效的過程中，並使其程式化，界面顯示化，從而來研究體系的表面、界面以及缺陷原子對納米線斷裂失效的影響，逐步揭示出納米尺度材料失效的機理和如何避免失效的方法，為進一步開展微納加工技術學的研究打下基礎。

結題摘要

金屬納米線在微納系統中占有重要地位。本項目分別從納米線拉伸斷裂機理和金屬微觀結構的分析方法兩方面開展系列研究。 在納米線斷裂機理研究方面，我們發現一個和少數幾個樣本難以反應材料失效的本質，而大量樣本的統計分析才能有效地給出納米材料的某個物性。具體而言，我們利用自行開發的超大規模分子動力學模擬程式，以不同過渡金屬（面心立方）納米線為體系，系統地研究了納米線在不同晶向、尺寸、拉伸速度、體系溫度和缺陷等條件下的失效機理。研究結果表明，單次樣本納米線的斷裂位置具有隨機性，而大量樣本的斷裂位置展示了統計分布特徵。基於此，我們提出了“最可幾”和“納米數量效應”的概念。研究體系還進一步拓展到雙晶、孿晶和多晶體系。通過合理設計界面模型，模擬納米線在微納加工中的界面問題，考察其在循環機械衝擊下的穩定性，提出納米線結構加強的方案，為進一步開展微納加工技術學和納米材料在器件中的套用研究打下基礎。 在金屬晶體結構分析方法方面，將“中心對稱參數法”等晶序結構分析法套用到分子動力學模擬研究納米線形成和失效的過程中，並使其程式化，圖形可視化，從而來研究體系的表面、界面以及缺陷原子對納米線斷裂失效的影響，逐步揭示出納米尺度材料失效的機理和避免失效的方法。基於上述研究，進一步發展了“表面原子分析法”，研究了表面原子在拉伸過程表現出的特殊性質。區別體相原子和表面原子能有效地反映納米線的機械形變中尚存的一系列問題。鑒於納米線在微納系統中套用的實際問題，本項目的界面模型既考慮到了實際界面的特性，又保證了簡化模型在模擬中的可行性，為納米尺度的器件加工技術奠定了基礎。 項目實施過程中共發表論文24篇（其中IF大於3.0的有8篇），申請專利2項，獲得專利2項，獲得軟體著作權1項，組織召開“當前和未來的分子電子學”國際學術會議一次，參與主辦“2013年海峽兩岸（上海）電子電鍍及表面處理學術交流會”一次。培養研究生14人。其中獲得博士學位3人，碩士學位4人，博士後出站1人。