镍纳米线的结构及其力学性能

《镍纳米线的结构及其力学性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、山东大学硕。1二学位论文——镍纳米线的结构及其力学性能摘要对一维纳米线结构的研究是探讨纳米线其他性能的一个重要前提。随着纳米线在微电机系统、纳米机械、纳米增强材料等领域的应用和推广，对纳米线机械性能的探索具有很重要的意义。而一维纳米结构，如纳米线、纳米管及纳米碳管等因其结构微小、实验较困难，使得分子动力学模拟被广泛应用于纳米线的结构和性能．的研究中。本文以分子动力学模拟作为研究手段，探讨了镍纳米线的结构及其力学性能。对于尺寸较大的镍纳米线，能保持宏观状态下的面心立方结构(FCC)，但对于不同晶向、不同自由表面的FCC结构，其能量和性质不尽相

2、同。我们模拟了不同尺寸的FCC<001>、<110>、。<11O>{111'和<1ll>晶向的镍纳米线，其弛豫后的平均原子能量与收缩率随着纳米线尺寸的增加而减小，对于相同尺寸的镍纳米线而言，<1lO>{111}结构的平均原子能量与收缩率最低，这主要与表面原子所占的比例及自由表面的晶向密切相关。不论哪种晶向的镍纳米线，只要自由表面存在非密排面，当尺寸减小到一定程度时，较大的表面应力就会驱使结构转变的发生，形成表面密排的超细纳米线结构。我们通过弛豫退火、拉伸和卷曲组合三种方法探讨了镍超细纳米线的结构。依照超细纳米线表面密排的原则，可以通过卷曲F

3、CC(111)面的三角网格结构构造(聊，一)超细镍纳米线，并不是所有构造的(脚，聆)纳米线都是稳定的，故还得通过能量最小化来获得稳定的纳米线结构。弛豫后，非螺旋的(5，5)和(6，6)纳米线显示了相对较低的结构能；另外对不同横截面形状且径向尺寸较细的FCC结构的纳米线进行弛豫退火，即结构和能量的优化，亦可获得不同的超细纳米线结构，且有很多结构与卷曲组合法获得的相同；在FCC<00l>晶向的纳米线拉伸模拟中，颈缩部位形成了较长的(5，5)结构，并证实其是从(6，5)结构转变而来的。我们还尝试探讨了多壳镍纳米线结构，其中(12，6)(6，3)结

4、构较稳定，而螺旋多壳结构中(11，6)(4，2)、(13，7)(6，3)和(14，8)(7，4)弛豫前后结构变化较小，相对也比较稳定。稳定纳米线结构的力学性能，也是备受关注。我们探讨了镍不同晶向的FCC结构纳米线的尺寸效应，揭示了纳米线的弹性模量、屈服应力和屈服应变等力学参数随着尺寸的变化规律。对镍纳米线的应变率效应研究，是以FCC<001>纳米线为例，当应变率较低时，变形机制主要是滑移变形，且屈服应力和摘要应变基本不变；当施以高应变率拉伸时，其结构将产生非晶转变，且屈服应力也随着应变率的升高而增大。对不同结构的超细镍纳米线进行拉伸模拟，计

5、算了超细纳米线的弹性模量、屈服应力和屈服应变等力学参数，对拉伸变形过程中的原子构型的变化进行了详尽的描述，探讨超细纳米线的变形机理。非螺旋的(5，5)和(6，6)镍纳米线有较高的屈服应力，但塑性较差。而螺旋结构，如(7，4)结构相对就拥有较高的塑性变形能力。纳米线的螺旋特性有助其在拉伸中的塑性变形，其变形是通过减少外壳原子链数m来实现的。关键词：分子动力学模拟；超细镍纳米线；拉伸力学性能；尺寸效应；应变率效应Ⅱ山东大学硕J：学位论文——镍纳米线的结构及其力学性能ABSTRACTTheresearchesonthestructuresofth

6、eone．dimensionalnanowiresareofgreatsignificanceinthedevelopmentoftheirotherproperties．Duetothewideapplicationsinareasofnanocompositestrengthenersandcomponentsinnanoelectromechanicalsystem(NEMS)devices，knowledgeonmechanicalpropertiesofnanowiresisextremelyimportant．However，t

7、heone·dimensionalnano-structures，suchasmetalnanowires，nanotubesandcarbonnanotubes，arenotavailableeasilyinexperiment，moleculardynamics(MD)simulationshowsitsimportanceintheresearchofthestructuresandpropertiesofnanowires．Inthepaper，MDsimulationisperformedtoexplorethestructure

8、sandmechanicalpropertiesofnickelnanowires．TheNinanowirescankeepface-centered—cubic(FCC)st