本文關(guān)鍵詞：金納米線和納米管中級(jí)聯(lián)碰撞的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究

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【摘要】：因?yàn)榧{米線具有高的比表面積,而表面能夠吸收輻照產(chǎn)生的缺陷,所以納米線可能具有好的抗輻照性能。此外,納米線和納米管的徑向尺寸與級(jí)聯(lián)碰撞的區(qū)域大小是可以比擬的,所以在一維納米材料中的級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程有很多與塊體材料中不同的特點(diǎn)。本文主要利用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了金的納米線和納米管中的級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程,對(duì)級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程引起的缺陷的種類(lèi)、分布和產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的討論。在納米線的級(jí)聯(lián)碰撞模擬中,選取了不同直徑大小的納米線作為研究對(duì)象,同時(shí)模擬中使用了不同的初級(jí)移位原子(PKA)初始能量和不同的PKA初始位置。在不同的條件下,級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程會(huì)導(dǎo)致納米線中產(chǎn)生三種不同的缺陷,分別是點(diǎn)缺陷、層錯(cuò)和表面凹坑。PKA的初始位置會(huì)影響納米線中剩余的點(diǎn)缺陷數(shù)目。當(dāng)PKA的初始位置在納米線中心時(shí),模擬結(jié)束時(shí)納米線內(nèi)的自間隙原子的數(shù)目依賴(lài)于納米線直徑的大小,隨著納米線直徑的增大而增大;但是,納米線內(nèi)空位的數(shù)目隨著納米線直徑的變化則沒(méi)有明顯的趨勢(shì),在不同直徑的納米線中數(shù)目是比較接近的。而當(dāng)PKA的初始位置在納米線表面時(shí),因?yàn)榇藭r(shí)表面的吸收作用成為影響點(diǎn)缺陷演化的主導(dǎo)因素,導(dǎo)致不同直徑大小的納米線內(nèi)自間隙原子和空位的數(shù)目分別都非常接近。當(dāng)PKA的能量超過(guò)5 keV時(shí),在PKA的轟擊下,納米線中可能會(huì)形成貫穿整個(gè)納米線橫截面的層錯(cuò)。納米線中層錯(cuò)形成的機(jī)制是:級(jí)聯(lián)碰撞導(dǎo)致的類(lèi)液體原子在重新凝固時(shí)形成HCP原子層,HCP原子層沿著{111}面延伸至納米線表面最終就可以形成穩(wěn)定的層錯(cuò)。當(dāng)PKA的能量超過(guò)10 keV時(shí),級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程就可能在納米線的表面上形成表面凹坑,而表面凹坑形成的機(jī)制是微爆炸過(guò)程。納米線內(nèi)形成層錯(cuò)、表面上產(chǎn)生表面凹坑以及PKA初始位置對(duì)剩余點(diǎn)缺陷數(shù)目的影響,都會(huì)對(duì)納米線的抗輻照窗口的大小產(chǎn)生影響。在納米管的模擬中,選擇了不同外管直徑和內(nèi)管直徑的納米管作為研究對(duì)象。所有的模擬中PKA初始能量都為1keV,并且PKA的初始位置在納米管的外表面上。與納米線相比,納米管中損傷的一個(gè)特點(diǎn)是,級(jí)聯(lián)碰撞結(jié)束時(shí)納米管中更容易形成尺寸較小的HCP原子層甚至是穩(wěn)定的層錯(cuò)。通過(guò)改變納米管的內(nèi)徑我們發(fā)現(xiàn),隨著內(nèi)管直徑增大,納米管中主要的缺陷形式是層錯(cuò)這種面缺陷的可能性更高了。從點(diǎn)缺陷在納米管內(nèi)部演化的過(guò)程中可以看出,納米管的內(nèi)表面也會(huì)吸收點(diǎn)缺陷,從而增加缺陷復(fù)合和降低輻照產(chǎn)生的損傷。在固定外管直徑時(shí),增加內(nèi)管直徑可以增加納米管內(nèi)表面的表面積,從而使得更多的點(diǎn)缺陷被表面吸收。因此,增加內(nèi)管直徑會(huì)使得納米管中的自間隙原子和空位的數(shù)目減少。但是,在減小納米管內(nèi)管的直徑的同時(shí),模擬結(jié)束時(shí)納米管中觀察到HCP原子層的次數(shù)增加了。同時(shí)因?yàn)樵趦?nèi)管直徑更小的納米管中HCP原子層更容易擴(kuò)展延伸直至形成層錯(cuò),所以減小納米管內(nèi)管的直徑會(huì)增加納米管中形成層錯(cuò)的可能性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;O561

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1302953