本文關(guān)鍵詞：二硫化鉬和原子氧相互作用的數(shù)值模擬與試驗驗證

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【摘要】：分子動力學(xué)計算可揭示地面AO暴露試驗難以觀察和量子化學(xué)難以模擬的一些物理化學(xué)過程,有助于深入理解粒子與材料相互作用過程和機理。本文基于REAXFF力場的分子動力學(xué)方法,對原子氧(AO)與MoS_2相互作用過程進行了模擬計算。通過計算給出了相互作用的截面分布、徑向分布函數(shù)(RDF)、參與作用的AO數(shù)目、M和O的化合價以及AO的作用深度,揭示了MoS_2和AO相互作用的物理化學(xué)過程。基于計算結(jié)果闡明了溫度、AO速度對MoS_2基面和AO對MoS_2不同晶面相互作用過程的影響,利用AO地面暴露試驗對計算結(jié)果進行了驗證。模擬計算結(jié)果表明,AO首先易于在S-S之間吸附,并優(yōu)先與S發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成S的氧化物分子且易于離開MoS_2表面。隨后,AO向基體內(nèi)部擴散,并與S及Mo化合,侵入?yún)^(qū)域結(jié)構(gòu)變得無序化。由于表面吸附的Mo和S的氧化物分子會阻礙后續(xù)AO的侵入,造成AO在表面層的作用深度為3個MoS_2分子層。AO作用下,Mo和S的化合價主要含有Mo6+、Mo4+和Mo2+,以及S6+、S4+和S2+。在上述過程中,僅有部分AO與MoS_2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),其余AO反彈回真空層,或生成O2離開表面。當(dāng)AO保持7.8km/s而環(huán)境溫度從200K上升到350K,或溫度保持300K且AO速度從3.9km/s增加到7.8km/s,2種情況均會使6價Mo增加,2價S減少,6價S增加,說明MoS_2的氧化程度加劇。同時,隨著溫度和AO速度的升高,參與反應(yīng)的AO數(shù)目增多,其侵入深度增加,導(dǎo)致無序化區(qū)域增大。相比于Armchair晶面(含有S的孤對電子),AO更易在Zigzag晶面(含有Mo和S的孤對電子)發(fā)生擴散并與之發(fā)生化學(xué)作用,其侵入深度也更大。關(guān)于AO作用誘發(fā)無序化、及Mo和S化合價變化的計算與地面AO暴露試驗結(jié)果相一致,驗證了數(shù)值模擬的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O641

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本文編號：1302605