原子力顯微鏡的輕敲模式作為納米尺度表面形貌測量的重要手段,因其能夠消除橫向力,減小對樣品的損害而應用廣泛。但是針尖在敲擊樣品時往往產生磨損,進而導致橫向測量分辨率降低。已有研究表明輕敲模式測量時振幅設定點、自由振幅等掃描參數(shù)和針尖沖擊都會通過改變敲擊時的動能影響單晶硅針尖的磨損,但輕敲模式下的磨損機理尚不明確。因此本文采用分子動力學仿真與實驗相結合的方法,從輕敲測量特有的探針受力特征——敲擊動能入手對輕敲模式下原子力顯微鏡單晶硅探針的磨損機理開展了研究,主要內容如下:（1）本文結合仿真尺度和探針工作特點,建立了適合輕敲模式的三維分子動力學仿真模型,并且通過模擬分析發(fā)現(xiàn),不同質量、相同動能的單晶硅針尖敲擊時,針尖的變形量和動能損失都相同,驗證了所建分子動力學仿真模型正確可靠。（2）仿真研究了單次敲擊下動能對單晶硅針尖磨損的影響,結合單次敲擊時針尖整體變形與微觀結構的變化規(guī)律,揭示了基于動能的輕敲模式下單晶硅針尖的磨損機理:低動能接觸面的Atom-by-atom磨損機理;高動能的受相變及位錯作用的塑性變形及邊緣脆性斷裂磨損。（3）基于實際測量特點,通過仿真探究了多次敲擊對針尖磨損的作用規(guī)律... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 AFM針尖磨損的國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 接觸模式針尖磨損的研究
        1.2.2 輕敲模式針尖磨損的研究
        1.2.3 目前研究的不足
    1.3 分子動力學模擬在納米切削中的應用
    1.4 本文主要研究內容
第2章 單晶硅針尖分子動力學建模與分析
    2.1 引言
    2.2 分子動力學基本原理與數(shù)據處理
        2.2.1 分子動力學原理
        2.2.2 數(shù)據處理方法的確定
    2.3 單晶硅針尖MD模型構建
        2.3.1 針尖模型的建立
        2.3.2 勢能函數(shù)的選取
        2.3.3 弛豫分析及敲擊過程作用力分析
    2.4 相同動能針尖敲擊效果的驗證分析
    2.5 本章小結
第3章 動能對單晶硅針尖磨損的作用機理研究
    3.1 引言
    3.2 不同動能單晶硅針尖與硬性樣品敲擊的模擬仿真方案
    3.3 敲擊中單晶硅針尖整體結構變形分析
        3.3.1 敲擊中針尖的變形和磨損面形成過程
        3.3.2 敲擊后針尖的變形量分析
        3.3.3 基于整體變形的RDF分析
    3.4 敲擊中單晶硅針尖內部微結構演變分析
        3.4.1 晶格變形分析
        3.4.2 單晶硅針尖的晶態(tài)相變分析
        3.4.3 單晶硅針尖的位錯分析
    3.5 本章小結
第4章 單晶硅針尖初次敲擊對二次敲擊中針尖磨損的影響研究
    4.1 引言
    4.2 低動能的初次敲擊對二次敲擊的影響
    4.3 中等動能的初次敲擊對二次敲擊的影響
    4.4 高動能的初次敲擊對二次敲擊的影響
    4.5 本章小結
第5章 輕敲模式測量中單晶硅針尖的動能對磨損影響的實驗研究
    5.1 引言
    5.2 實驗原理及實驗方案
        5.2.1 磨損后針尖鈍圓半徑的連續(xù)在線評估方法
        5.2.2 粘滯力的AFM測量及評估針尖磨損形貌的研究
        5.2.3 實驗方案
    5.3 實驗結果及數(shù)據分析
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ovito在材料科學基礎晶界重位點陣模型教學中的應用[J]. 隆小江.  課程教育研究. 2018(35)
[2]分子動力學模擬基本原理及其應用[J]. 李煌,魯紅權,陳欽煌,張宏偉,周葉琪,童小寶.  科技視界. 2018(05)
[3]金屬銅納米切削的分子動力學模擬[J]. 宿昊,唐興齡,陳岑.  工具技術. 2018(01)
[4]分子動力學可視化建模方法研究[J]. 程義林,黃志剛,曹晉.  機電工程技術. 2017(09)
[5]輕敲模式下原子力顯微鏡的能量耗散[J]. 魏征,孫巖,王再冉,王克儉,許向紅.  力學學報. 2017(06)
[6]單晶硅高速磨削亞表層損傷機制的分子動力學仿真研究[J]. 朱寶義,呂明,梁國星,黃永貴.  摩擦學學報. 2017(06)
[7]納米加工技術中分子動力學的應用[J]. 邱旭民.  科技風. 2017(08)
[8]單晶硅多次加工時的亞表面損傷仿真分析[J]. 郭曉光,李洋,翟昌恒,康仁科,金洙吉.  中國科技論文. 2017(04)
[9]肉眼看微觀世界:VMD軟件在蛋白質結構教學中的應用[J]. 鄭榮珍,嚴思儀,劉亞男,杜芬芬,蔡開聰.  化學教育. 2016(12)
[10]材料微觀結構演化大規(guī)模分子動力學軟件比較[J]. 聶寧明,胡長軍,張云泉,賀新福,張博堯,李士剛.  計算機科學與探索. 2017(03)

博士論文
[1]原子力顯微鏡針尖－表面相互作用分子動力學仿真研究[D]. 竇建華.哈爾濱工業(yè)大學 2010

碩士論文
[1]考慮針尖磨損的提高AFM測量精度的方法研究[D]. 馮世緒.燕山大學 2018
[2]納米加工晶體銅中亞表層缺陷演變及力學性能研究[D]. 朱秀福.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]基于AFM系統(tǒng)的振動輔助加工實驗研究[D]. 李豪.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]基于MD方法的石英玻璃納米級加工機理研究[D]. 劉濤.大連理工大學 2017
[5]基于位錯理論的單晶硅納米切削脆塑轉變過程的仿真研究[D]. 劉曉玄.燕山大學 2017
[6]基于分子動力學的金屬鋁納米切削過程研究[D]. 樊虎.沈陽航空航天大學 2017
[7]分子動力學中晶體位錯的三維可視化研究與實現(xiàn)[D]. 寧媛.西安建筑科技大學 2014
[8]微納尺度接觸和摩擦過程力學行為分子動力學及多尺度模擬研究[D]. 詹勝鵬.昆明理工大學 2013



本文編號：3024517