發(fā)布時間：2017-12-18 05:17

  本文關(guān)鍵詞：金納米線和納米管中級聯(lián)碰撞的分子動力學(xué)模擬研究

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【摘要】：因為納米線具有高的比表面積,而表面能夠吸收輻照產(chǎn)生的缺陷,所以納米線可能具有好的抗輻照性能。此外,納米線和納米管的徑向尺寸與級聯(lián)碰撞的區(qū)域大小是可以比擬的,所以在一維納米材料中的級聯(lián)碰撞過程有很多與塊體材料中不同的特點。本文主要利用分子動力學(xué)方法模擬了金的納米線和納米管中的級聯(lián)碰撞過程,對級聯(lián)碰撞過程引起的缺陷的種類、分布和產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的討論。在納米線的級聯(lián)碰撞模擬中,選取了不同直徑大小的納米線作為研究對象,同時模擬中使用了不同的初級移位原子(PKA)初始能量和不同的PKA初始位置。在不同的條件下,級聯(lián)碰撞過程會導(dǎo)致納米線中產(chǎn)生三種不同的缺陷,分別是點缺陷、層錯和表面凹坑。PKA的初始位置會影響納米線中剩余的點缺陷數(shù)目。當(dāng)PKA的初始位置在納米線中心時,模擬結(jié)束時納米線內(nèi)的自間隙原子的數(shù)目依賴于納米線直徑的大小,隨著納米線直徑的增大而增大;但是,納米線內(nèi)空位的數(shù)目隨著納米線直徑的變化則沒有明顯的趨勢,在不同直徑的納米線中數(shù)目是比較接近的。而當(dāng)PKA的初始位置在納米線表面時,因為此時表面的吸收作用成為影響點缺陷演化的主導(dǎo)因素,導(dǎo)致不同直徑大小的納米線內(nèi)自間隙原子和空位的數(shù)目分別都非常接近。當(dāng)PKA的能量超過5 keV時,在PKA的轟擊下,納米線中可能會形成貫穿整個納米線橫截面的層錯。納米線中層錯形成的機(jī)制是:級聯(lián)碰撞導(dǎo)致的類液體原子在重新凝固時形成HCP原子層,HCP原子層沿著{111}面延伸至納米線表面最終就可以形成穩(wěn)定的層錯。當(dāng)PKA的能量超過10 keV時,級聯(lián)碰撞過程就可能在納米線的表面上形成表面凹坑,而表面凹坑形成的機(jī)制是微爆炸過程。納米線內(nèi)形成層錯、表面上產(chǎn)生表面凹坑以及PKA初始位置對剩余點缺陷數(shù)目的影響,都會對納米線的抗輻照窗口的大小產(chǎn)生影響。在納米管的模擬中,選擇了不同外管直徑和內(nèi)管直徑的納米管作為研究對象。所有的模擬中PKA初始能量都為1keV,并且PKA的初始位置在納米管的外表面上。與納米線相比,納米管中損傷的一個特點是,級聯(lián)碰撞結(jié)束時納米管中更容易形成尺寸較小的HCP原子層甚至是穩(wěn)定的層錯。通過改變納米管的內(nèi)徑我們發(fā)現(xiàn),隨著內(nèi)管直徑增大,納米管中主要的缺陷形式是層錯這種面缺陷的可能性更高了。從點缺陷在納米管內(nèi)部演化的過程中可以看出,納米管的內(nèi)表面也會吸收點缺陷,從而增加缺陷復(fù)合和降低輻照產(chǎn)生的損傷。在固定外管直徑時,增加內(nèi)管直徑可以增加納米管內(nèi)表面的表面積,從而使得更多的點缺陷被表面吸收。因此,增加內(nèi)管直徑會使得納米管中的自間隙原子和空位的數(shù)目減少。但是,在減小納米管內(nèi)管的直徑的同時,模擬結(jié)束時納米管中觀察到HCP原子層的次數(shù)增加了。同時因為在內(nèi)管直徑更小的納米管中HCP原子層更容易擴(kuò)展延伸直至形成層錯,所以減小納米管內(nèi)管的直徑會增加納米管中形成層錯的可能性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;O561

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：1302953