原子力顯微鏡的輕敲模式作為納米尺度表面形貌測(cè)量的重要手段,因其能夠消除橫向力,減小對(duì)樣品的損害而應(yīng)用廣泛。但是針尖在敲擊樣品時(shí)往往產(chǎn)生磨損,進(jìn)而導(dǎo)致橫向測(cè)量分辨率降低。已有研究表明輕敲模式測(cè)量時(shí)振幅設(shè)定點(diǎn)、自由振幅等掃描參數(shù)和針尖沖擊都會(huì)通過改變敲擊時(shí)的動(dòng)能影響單晶硅針尖的磨損,但輕敲模式下的磨損機(jī)理尚不明確。因此本文采用分子動(dòng)力學(xué)仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,從輕敲測(cè)量特有的探針受力特征——敲擊動(dòng)能入手對(duì)輕敲模式下原子力顯微鏡單晶硅探針的磨損機(jī)理開展了研究,主要內(nèi)容如下:（1）本文結(jié)合仿真尺度和探針工作特點(diǎn),建立了適合輕敲模式的三維分子動(dòng)力學(xué)仿真模型,并且通過模擬分析發(fā)現(xiàn),不同質(zhì)量、相同動(dòng)能的單晶硅針尖敲擊時(shí),針尖的變形量和動(dòng)能損失都相同,驗(yàn)證了所建分子動(dòng)力學(xué)仿真模型正確可靠。（2）仿真研究了單次敲擊下動(dòng)能對(duì)單晶硅針尖磨損的影響,結(jié)合單次敲擊時(shí)針尖整體變形與微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,揭示了基于動(dòng)能的輕敲模式下單晶硅針尖的磨損機(jī)理:低動(dòng)能接觸面的Atom-by-atom磨損機(jī)理;高動(dòng)能的受相變及位錯(cuò)作用的塑性變形及邊緣脆性斷裂磨損。（3）基于實(shí)際測(cè)量特點(diǎn),通過仿真探究了多次敲擊對(duì)針尖磨損的作用規(guī)律... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 AFM針尖磨損的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 接觸模式針尖磨損的研究
        1.2.2 輕敲模式針尖磨損的研究
        1.2.3 目前研究的不足
    1.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬在納米切削中的應(yīng)用
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 單晶硅針尖分子動(dòng)力學(xué)建模與分析
    2.1 引言
    2.2 分子動(dòng)力學(xué)基本原理與數(shù)據(jù)處理
        2.2.1 分子動(dòng)力學(xué)原理
        2.2.2 數(shù)據(jù)處理方法的確定
    2.3 單晶硅針尖MD模型構(gòu)建
        2.3.1 針尖模型的建立
        2.3.2 勢(shì)能函數(shù)的選取
        2.3.3 弛豫分析及敲擊過程作用力分析
    2.4 相同動(dòng)能針尖敲擊效果的驗(yàn)證分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 動(dòng)能對(duì)單晶硅針尖磨損的作用機(jī)理研究
    3.1 引言
    3.2 不同動(dòng)能單晶硅針尖與硬性樣品敲擊的模擬仿真方案
    3.3 敲擊中單晶硅針尖整體結(jié)構(gòu)變形分析
        3.3.1 敲擊中針尖的變形和磨損面形成過程
        3.3.2 敲擊后針尖的變形量分析
        3.3.3 基于整體變形的RDF分析
    3.4 敲擊中單晶硅針尖內(nèi)部微結(jié)構(gòu)演變分析
        3.4.1 晶格變形分析
        3.4.2 單晶硅針尖的晶態(tài)相變分析
        3.4.3 單晶硅針尖的位錯(cuò)分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 單晶硅針尖初次敲擊對(duì)二次敲擊中針尖磨損的影響研究
    4.1 引言
    4.2 低動(dòng)能的初次敲擊對(duì)二次敲擊的影響
    4.3 中等動(dòng)能的初次敲擊對(duì)二次敲擊的影響
    4.4 高動(dòng)能的初次敲擊對(duì)二次敲擊的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 輕敲模式測(cè)量中單晶硅針尖的動(dòng)能對(duì)磨損影響的實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方案
        5.2.1 磨損后針尖鈍圓半徑的連續(xù)在線評(píng)估方法
        5.2.2 粘滯力的AFM測(cè)量及評(píng)估針尖磨損形貌的研究
        5.2.3 實(shí)驗(yàn)方案
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ovito在材料科學(xué)基礎(chǔ)晶界重位點(diǎn)陣模型教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 隆小江.  課程教育研究. 2018(35)
[2]分子動(dòng)力學(xué)模擬基本原理及其應(yīng)用[J]. 李煌,魯紅權(quán),陳欽煌,張宏偉,周葉琪,童小寶.  科技視界. 2018(05)
[3]金屬銅納米切削的分子動(dòng)力學(xué)模擬[J]. 宿昊,唐興齡,陳岑.  工具技術(shù). 2018(01)
[4]分子動(dòng)力學(xué)可視化建模方法研究[J]. 程義林,黃志剛,曹晉.  機(jī)電工程技術(shù). 2017(09)
[5]輕敲模式下原子力顯微鏡的能量耗散[J]. 魏征,孫巖,王再冉,王克儉,許向紅.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(06)
[6]單晶硅高速磨削亞表層損傷機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)仿真研究[J]. 朱寶義,呂明,梁國星,黃永貴.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2017(06)
[7]納米加工技術(shù)中分子動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用[J]. 邱旭民.  科技風(fēng). 2017(08)
[8]單晶硅多次加工時(shí)的亞表面損傷仿真分析[J]. 郭曉光,李洋,翟昌恒,康仁科,金洙吉.  中國科技論文. 2017(04)
[9]肉眼看微觀世界:VMD軟件在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 鄭榮珍,嚴(yán)思儀,劉亞男,杜芬芬,蔡開聰.  化學(xué)教育. 2016(12)
[10]材料微觀結(jié)構(gòu)演化大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)軟件比較[J]. 聶寧明,胡長軍,張?jiān)迫?賀新福,張博堯,李士剛.  計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索. 2017(03)

博士論文
[1]原子力顯微鏡針尖－表面相互作用分子動(dòng)力學(xué)仿真研究[D]. 竇建華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]考慮針尖磨損的提高AFM測(cè)量精度的方法研究[D]. 馮世緒.燕山大學(xué) 2018
[2]納米加工晶體銅中亞表層缺陷演變及力學(xué)性能研究[D]. 朱秀福.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]基于AFM系統(tǒng)的振動(dòng)輔助加工實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李豪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]基于MD方法的石英玻璃納米級(jí)加工機(jī)理研究[D]. 劉濤.大連理工大學(xué) 2017
[5]基于位錯(cuò)理論的單晶硅納米切削脆塑轉(zhuǎn)變過程的仿真研究[D]. 劉曉玄.燕山大學(xué) 2017
[6]基于分子動(dòng)力學(xué)的金屬鋁納米切削過程研究[D]. 樊虎.沈陽航空航天大學(xué) 2017
[7]分子動(dòng)力學(xué)中晶體位錯(cuò)的三維可視化研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 寧媛.西安建筑科技大學(xué) 2014
[8]微納尺度接觸和摩擦過程力學(xué)行為分子動(dòng)力學(xué)及多尺度模擬研究[D]. 詹勝鵬.昆明理工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3024517