發(fā)布時間：2017-08-03 11:13

  本文關(guān)鍵詞：鋁和鐵表面自擴散的分子動力研究

  更多相關(guān)文章： 分子動力學(xué) EAM勢函數(shù) 表面穩(wěn)定性 表面擴散

【摘要】：晶體表面原子的擴散在材料相關(guān)領(lǐng)域的許多現(xiàn)象中扮演著重要角色,例如晶體生長、催化等。鋁和鐵是工業(yè)中廣泛使用的金屬材料,表面原子的遷移和擴散是影響材料性能的重要因素,也是動態(tài)條件下改變表面結(jié)構(gòu)的重要起因之一,對鋁和鐵表面擴散過程的研究具有重要意義。實驗技術(shù)的進步使人們開始可以通過實驗手段直接觀察表面原子的運動。然而,受制于時間分辨率、真空條件、樣品制備等因素的限制,對表面原子擴散機制的研究還存在一定困難。計算機模擬在某種程度上可以克服這些困難,使人們能夠直接展示原子在表面的運動軌跡。隨著理論方法和計算機水平的巨大進步,人們開始嘗試利用計算機模擬的方法來研究原子在金屬表面擴散的物理本質(zhì),所采用的方法包括第一性原理、經(jīng)典的分子動力學(xué)等。但在這一領(lǐng)域目前還存在許多未解決的問題,包括如何建立合理的物理模型、系統(tǒng)地研究不同的體系并與實驗結(jié)果進行對比等。因此對金屬表面的原子擴散過程進行理論研究,探索合理的物理模型和模擬方法,為今后的金屬表面的研究積累寶貴的數(shù)據(jù)顯得尤為重要。本文即采用分子靜力學(xué)和分子動力學(xué)方法模擬鋁、鐵表面原子的擴散過程。首先,分別對Al、Fe三個低指數(shù)表面的穩(wěn)定性進行了研究,分別計算了表面能、表面弛豫、空位形成能以及自吸附原子形成能,研究結(jié)果表明：隨著表面原子密排程度的增加,表面能隨之降低,表面弛豫程度也隨之降低,點缺陷在表面的形成能升高,表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加。其次,分別對點缺陷在Al、Fe表面的擴散遷移能進行了研究,計算了各種遷移機制的擴散遷移能,研究結(jié)果表明：在Al表面上以及Fe(100)和Fe(110)面上,空位和吸附原子在最外層表面以第一近鄰簡單跳躍機制遷移的能壘是最低的,在Fe(111)面上,點缺陷以交換機制跳躍的能壘較低。最后,在不同溫度下,分別對點缺陷在A1、Fe表面的擴散進行了動力學(xué)模擬,給出了點缺陷在各個表面的最優(yōu)擴散機制,獲得了擴散遷移能,研究結(jié)果表明：在三個A1表面以及Fe(110)面上發(fā)生頻率最高的擴散機制是沿第一近鄰方向的簡單跳躍機制,而在Fe(100)和Fe(111)表面上點缺陷均傾向于以交換機制進行擴散；相對于空位而言,吸附原子在三個Al表面上的擴散發(fā)生溫度更低,跳躍頻率更高,遷移能更低；吸附原子在Al、Fe密排面上的自擴散遷移能要遠低于在其他表面上的自擴散遷移能：點缺陷在Al、 Fe表面的擴散過程中,原子均是傾向于沿著結(jié)構(gòu)的最密排方向進行遷移。
【關(guān)鍵詞】：分子動力學(xué) EAM勢函數(shù) 表面穩(wěn)定性 表面擴散
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG141;TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 晶體表面11-14
• 1.2.1 表面原子結(jié)構(gòu)11-13
• 1.2.2 表面缺陷13-14
• 1.3 表面擴散14-15
• 1.3.1 表面原子的擴散14
• 1.3.2 表面擴散系數(shù)14-15
• 1.4 研究現(xiàn)狀與展望15-17
• 第二章 分子動力學(xué)基礎(chǔ)理論17-27
• 2.1 分子動力學(xué)基本內(nèi)容17-19
• 2.1.1 分子動力學(xué)的基本假設(shè)17
• 2.1.2 分子動力學(xué)模擬流程圖17
• 2.1.3 分子動力學(xué)初始條件17-19
• 2.2 相互作用勢19-20
• 2.3 運動方程式及演算法20-23
• 2.4 Verlet列表法23-24
• 2.5 周期性邊界條件24-25
• 2.6 物理量的量綱轉(zhuǎn)換25-26
• 2.7 小結(jié)26-27
• 第三章 表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計算27-42
• 3.1 引言27
• 3.2 模擬方法27-28
• 3.3 表面能28-29
• 3.4 表面弛豫29-32
• 3.5 表面點缺陷形成能32-40
• 3.5.1 空位形成能32-36
• 3.5.2 吸附原子形成能36-40
• 3.6 小結(jié)40-42
• 第四章 表面的自擴散模擬42-68
• 4.1 引言42
• 4.2 模擬方法42-43
• 4.3 結(jié)果與討論43-67
• 4.3.1 表面點缺陷靜態(tài)遷移能43-52
• 4.3.2 表面點缺陷擴散的分子動力學(xué)模擬52-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)68-70
• 參考文獻70-77
• 致謝77-78
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78

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本文編號：614071