本文選題：非晶合金納米線 + 表面偏析�。� 參考：《清華大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：非晶合金納米線因具有特殊的結(jié)構(gòu)和納米尺寸效應(yīng),可望應(yīng)用于催化介質(zhì)、數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、電子元器件和光學(xué)器件等領(lǐng)域。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,目前對于非晶合金納米線微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的認(rèn)識還很有限。因此,開展相關(guān)研究具有重要意義。本論文以Cu64Zr36非晶合金納米線為代表,利用分子動力學(xué)方法,模擬不同工藝制備非晶合金納米線,研究其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間的聯(lián)系,并對非晶合金納米線的尺寸效應(yīng)進(jìn)行了深入分析。首先,模擬聚焦離子束(Focused ion beam,FIB)切割、熱壓印和鑄造方法分別制備了非晶結(jié)構(gòu)的FIB納米線、熱壓印納米線和鑄造納米線。研究發(fā)現(xiàn)制備工藝對納米線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有顯著影響,其中FIB納米線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常接近塊體非晶,熱壓印納米線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與塊體非晶稍有偏差,而鑄造納米線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與塊體非晶以及其它兩種納米線差別很大。這三種納米線的表面都存在不同程度的成分偏析。非晶合金納米線表面的勢能梯度是導(dǎo)致非晶合金納米線表面出現(xiàn)成分偏析的原因。對納米線進(jìn)行拉伸和壓縮模擬實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,不同工藝方法制備的非晶合金納米線的力學(xué)性能有顯著差別。其中,二十面體含量最高的熱壓印納米線強(qiáng)度最高,延展性最差,二十面體含量最低的鑄造納米線強(qiáng)度最低,延展性最好。在形變過程中,FIB納米線和熱壓印納米線中都出現(xiàn)了應(yīng)變局域化,鑄造納米線的變形則比較均勻。非晶合金納米線的力學(xué)性能與原子結(jié)構(gòu)以及排列密度緊密相關(guān)。最后,以FIB納米線和鑄造納米線為對象,研究非晶合金納米線的尺寸效應(yīng)。研究認(rèn)為,非晶合金納米線的表觀力學(xué)性能由其內(nèi)部和表面的力學(xué)性能共同決定。在拉伸情況下,表面起著缺陷的作用,而內(nèi)部的殘余壓應(yīng)力對非晶合金納米線有強(qiáng)化作用,兩者共同的作用使得納米線整體的強(qiáng)度隨納米線尺寸的變化相對較小。在壓縮情況下,表面對納米線的內(nèi)部變形沒有影響,但是內(nèi)部的殘余壓應(yīng)力對納米線有弱化作用。由于FIB納米線和鑄造納米線的表面厚度差別很大,導(dǎo)致兩者表現(xiàn)出不同的尺寸效應(yīng)。FIB納米線的拉伸強(qiáng)度隨納米線尺寸減小先緩慢下降然后上升,而鑄造納米線的拉伸強(qiáng)度隨納米線尺寸減小而緩慢上升。FIB納米線的壓縮強(qiáng)度隨尺寸減小而減小的速率與其內(nèi)部殘余壓應(yīng)力隨尺寸減小而增加的速率相同。而鑄造納米線的壓縮強(qiáng)度隨納米線尺寸減小的變化卻是有增有減。
[Abstract]:Amorphous alloy nanowires are expected to be used in catalytic media, data storage media, electronic components and optical devices due to their special structure and nanoscale effect. Due to the limitation of experimental conditions, the understanding of microstructure and mechanical properties of amorphous alloy nanowires is very limited. Therefore, it is of great significance to carry out relevant research. In this paper, Cu64Zr36 amorphous alloy nanowires were used to simulate different processes to prepare amorphous alloy nanowires, and the relationship between microstructure and mechanical properties was studied. The size effect of amorphous alloy nanowires was analyzed. Firstly, FIB nanowires with amorphous structure, thermal imprint nanowires and foundry nanowires were prepared by simulated focused ion beam (FIB) cutting, thermal imprint and casting methods, respectively. It is found that the preparation process has a significant effect on the internal structure of the nanowires, in which the internal structure of FIB nanowires is very close to that of bulk amorphous, and the internal structure of thermal imprinted nanowires is slightly different from that of bulk amorphous wires. However, the internal structure of cast nanowires is quite different from that of bulk amorphous and other two nanowires. The three nanowires have different degrees of segregation on the surface. The potential energy gradient of amorphous alloy nanowire surface is the cause of composition segregation on amorphous alloy nanowire surface. The tensile and compression experiments of nanowires show that the mechanical properties of amorphous alloy nanowires prepared by different processes are significantly different. Among them, the highest icosahedron content of thermal imprint nanowires have the highest strength and the worst ductility, and the lowest icosahedron content of the casting nanowires have the lowest strength and the best ductility. Strain localization occurs in FIB nanowires and thermal imprint nanowires during deformation, while the deformation of cast nanowires is uniform. The mechanical properties of amorphous alloy nanowires are closely related to atomic structure and arrangement density. Finally, the size effect of amorphous alloy nanowires was studied by using FIB nanowires and cast nanowires. The apparent mechanical properties of amorphous alloy nanowires are determined by their internal and surface mechanical properties. Under tensile condition, the surface acts as a defect, while the internal residual compressive stress strengthens the amorphous alloy nanowires. Together, the strength of nanowires varies relatively little with the size of nanowires. In the case of compression, the surface has no effect on the internal deformation of nanowires, but the internal residual compressive stress weakens the nanowires. Because the surface thickness of FIB nanowires and cast nanowires are very different, they show different size effects. The tensile strength of FIB nanowires decreases slowly and then increases with the decrease of FIB nanowires. However, the tensile strength of cast nanowires increases slowly with the decrease of the size of nanowires. The compression strength of FIB nanowires decreases at the same rate as the internal residual compressive stress increases with the decrease of the size of FIB nanowires. However, the compressive strength of cast nanowires increases and decreases with the decrease of nanowire size.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG139.8

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3 本報記者 倪e，

本文編號：2070648