近幾十年來,隨著材料科學(xué)技術(shù)的急速成長,納米薄膜因有著許多獨特且卓越的性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于信息、能源、生物等各個領(lǐng)域。然而,由于外界的機械應(yīng)力、溫度、壓力以及薄膜內(nèi)部的缺陷、勢壘等的影響,使得納米薄膜表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,這些微小的變化能導(dǎo)致薄膜性能發(fā)生根本的變化,從而不利于器件的合成。因此,研究和制備出性能高、穩(wěn)定性好、符合需求的納米薄膜成了當(dāng)今材料科學(xué)的關(guān)鍵。然而,要實現(xiàn)納米薄膜的可控制備,需在原子層面上觀測薄膜的成核機理以及生長過程,這在當(dāng)今實驗設(shè)備上很難得到控制。因此我們采用計算機模擬技術(shù)來對納米薄膜的力學(xué)性質(zhì)和生長過程進行研究,一方面方便我們探索成核的生長機理和規(guī)律及研究薄膜的性質(zhì),另一方面可以大量減少實驗中的資源浪費并對實驗有重要的指導(dǎo)作用。本課題的研究內(nèi)容主要分為兩個部分,第一部分是研究采用分子動力學(xué)方法模擬的三種不同表面形貌的銀納米薄膜沿著[0 1 0]晶向拉伸的力學(xué)性質(zhì),第二部分是研究采用蒙特卡羅方法模擬的二維銅薄膜生長過程中臺階勢壘和溫度對表面形貌的影響。模擬的結(jié)果表明:(1)三種銀納米薄膜的拉伸過程主要分為兩個階段,一是彈性形變階段,二是塑性形變階段。研究表面,普通薄膜有著較高抗拉伸能力;而對于網(wǎng)格薄膜,方形網(wǎng)格薄膜有著較高的抗拉伸能力。(2)隨著納米薄膜厚度的逐漸增加,薄膜的初始應(yīng)力都逐漸減小;屈服應(yīng)變略微有所波動;屈服應(yīng)力和楊氏模量基本不變。(3)隨著溫度的逐漸升高,薄膜的屈服應(yīng)變、屈服應(yīng)力和楊氏模量都會下降,且下降趨勢近似呈線性變化。(4)臺階勢壘影響著薄膜的表面形貌,基本上,薄膜表面的粗糙度隨二維臺階勢壘和三維臺階勢壘的增大而增大。(5)二維臺階勢壘和三維臺階勢壘存在著競爭關(guān)系,且競爭點的三維臺階勢壘值隨二維臺階勢壘的增大而變小。(6)溫度也同樣影響著薄膜的表面形貌,基本上,薄膜表面的粗糙度隨溫度的升高而下降。因此,可以把二維臺階勢壘和三維臺階勢壘的競爭關(guān)系推廣至任意溫度下,對實驗上制備納米薄膜有著重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文現(xiàn)在人們的視野中。根據(jù)在三維空間中納米材料有幾個維度處于納米尺度下，把它分為以下三類，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-1 所示[5]：(1) 0 維：納米材料的三維空間尺寸均處于納米尺度內(nèi)，如納米球、原子團簇等，這種 0 維度的納米材料又被叫稱為量子點(Quantum Dot)。(2) 1 維：納米材料的三維空間尺寸有兩維處于納米尺度內(nèi)，如納米線、納米棒、納米管等，這種 1 維的納米材料又被稱為量子線(Quantum Wire)。(3) 2 維：納米材料的三維空間尺寸有一維處于納米尺度內(nèi)，如納米薄膜、多孔納米薄膜、超晶格等，這種 2 維的納米材料又被稱為量子阱或量子膜(QuantumWell)。

1.3 本論文選題角度從上小節(jié)中我們了解到不同維數(shù)不同形貌的納米材料被應(yīng)用于各個科技領(lǐng)域，從而大大改善了現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因此可以說納米材料是現(xiàn)代化科技的基礎(chǔ)，所以研究和探究納米材料的生長過程和其性能顯得尤為重要。本論文主要選取了兩個特殊的角度來探究納米薄膜的性能和對生長薄膜的影響。1.3.1 力學(xué)性質(zhì)由于薄膜在制備及應(yīng)用的過程中，往往會受到晶體內(nèi)部或者周圍施加的應(yīng)力的影響，從而導(dǎo)致薄膜的力學(xué)性能受到影響。此外，利用薄膜的力學(xué)特性，還可以制備有著特殊功能的器件。如圖 1-2 所示[33]，Cho 小組制備的基于銀納米線微柵格的可拉伸應(yīng)變傳感器，則是利用銀納米線網(wǎng)格的拉伸及復(fù)原過程來實現(xiàn)的，其最大可彈性拉伸的應(yīng)變值(即屈服應(yīng)變)對器件性能有著重要的影響。因此，本論文的第一份工作將主要研究三種不同表面形貌的納米薄膜的力學(xué)性質(zhì)。

第二章 薄膜的理論形成過程者被吸附到襯底。(2) 被吸附的原子受到襯底表面熱作用的影響，在襯底表面上開始向各個擴散。(3) 在擴散過程中，擴散原子與其他原子相遇，他們會彼此結(jié)合形成較大原子團，兩個原子結(jié)合被稱為二聚體，三個原子結(jié)合被稱為三聚體，多合被稱為團簇。(4) 結(jié)合較穩(wěn)定的團簇的原子也有可能從中脫附出來，重新成為擴散原子重新回到氣相，重復(fù)過程(1)(2)(3)。(5) 團簇中結(jié)合的原子越來越多，形成更加穩(wěn)定的島，沉積原子沿著島的擴散，跨過不同層數(shù)的臺階，與其他原子進行能量的交換，達到相對穩(wěn)，直至沉積結(jié)束，形成一定形貌的薄膜。

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本文編號：2827603