IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
纳米材料表面能密度的尺寸及温度效应
Alternative TitleSize and temperature dependent surface energy density of nanomaterials
魏遥驰
Thesis Advisor陈少华
2015
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline固体力学
Abstract纳米材料在微纳器件设计、微纳电子封装及微纳机电系统等领域具有重要的应用,对其材料行为的正确表征对此类领域的发展具有重要的推动作用。大量实验显示,相比于宏观尺度材料,纳米材料具有尺寸相关的力学行为,常称为纳米材料表面效应。随着材料特征尺寸的减小,材料的表面积与体积比逐渐增大,表面原子能量与内部原子能量的差异亦随材料尺寸的减小而增大,表现为纳米材料表面能密度的尺寸效应。本文以纳米颗粒和纳米薄膜为研究对象,围绕纳米材料表面能密度的尺寸效应问题开展研究,探究表面能密度随尺寸变化的规律;由于温度对原子晶格长度的影响,进一步研究了纳米材料表面能密度的温度效应。主要研究内容及成果如下: 基于课题组提出的一种描述纳米材料表面效应的弹性理论,分析了多种面心立方纳米球颗粒的表面能密度。首先理论预测了颗粒球表面的晶格收缩率,与已有实验结果进行比较,确定表征纳米球颗粒表面能密度所需参数的取值范围。进一步研究发现纳米颗粒球的表面能密度随球颗粒尺寸增大而减小,最终趋于体材料表面能密度。 应用分子动力学软件LAMMPS计算了多种面心立方金属纳米球颗粒的表面能密度,分别采用不同势函数描述球颗粒原子间相互作用,并针对纳米球颗粒非完美球面的特征,给出球颗粒半径的不同定义。研究发现,纳米颗粒表面能密度的尺寸效应变化趋势并不受势函数选取的影响,但依赖于计算模型中颗粒半径定义的选取。澄清了已有文献得到相反表面能密度随尺寸变化趋势的根本原因。 应用分子动力学对典型面心立方金属纳米薄膜表面能密度与温度的相关性进行了分析。由于温度的升高导致表面积增大,表面能密度随温度的升高而降低。进一步将计算结果与理论预测相比较,发现两种方法预测的表面能密度随温度变化的趋势一致,且数值接近。最后通过对计算结果的分析,给出同时考虑尺寸效应和温度效应的纳米薄膜表面能密度的近似表达。
Call Number31254
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55083
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
魏遥驰. 纳米材料表面能密度的尺寸及温度效应[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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