基于分子动力学结合神经网络的Au表面能计算方法

利用嵌入原子模型,采用分子动力学方法计算了贵金属Au低指数晶面及部分简单高指数晶面的表面能.同时,采用Levenberg-Marquardt算法,建立了Au表面能的BP神经网络模型;结合分子动力学模型的计算数据,通过大量数据的自学习训练,完成神经网络模型对Au高指数晶面表面能的预测.计算结果表明:该方法具有较高的预测精度,能正确预言低指数晶面表面能的排序,Au各晶面的表面能随其晶面与(111)密排面夹角的增大呈现先增大后减小的特点.     

NiAl表面能的分子动力学计算

利用嵌入原子类型的势函数，通过分子动力学方法计算了Ｂ２结构标准化计量比ＮｉＡｌ合金的四个低指数晶面在６种温度时的表面能。计算结果表明，表面能随温度的升高呈增加趋势；最密排面的表面能最低；一些表面在高温下发生了重构或成分偏析等表面反应，用类似方法计算了ｆｃｃ结构Ｎｉ的表面能，计算结果与已知实验研究基本一致。     

原子密排程度对单晶高温合金组织的影响

采用籽晶法制备了SRR99镍基单晶高温合金,研究最不密排(110)晶面、次密排(100)晶面和最密排(111)晶面的组织结构。结果发现,3个晶面的枝晶形貌和γ′相形貌都明显不同,共晶组织和碳化物差异不明显。对于3个晶面的枝晶形貌,(100)晶面的枝晶为对称的“+”型,(110)晶面的枝晶为不对称的“+”型,(111)晶面的枝晶为对称的“×”型。对于3个晶面的一次枝晶间距,(110)与(111)晶面的一次枝晶间距小于(100)晶面的。对于3个晶面的γ′相形貌,(100)晶面的γ′相为不规则的立方体,(110)晶面的γ′相为不规则的三棱柱,(111)晶面的γ′相为不规则的三棱锥。     

Ag表面性质的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了Fcc-Ag晶体及其Ag(111)、Ag(110)与Ag(100)自由表面的能量、几何与电子结构.根据表面能的计算,预测了Ag表面的结构稳定性,结果表明密排Ag(111)面结构稳定性最好,低指数奇异面Ag(100)面次之,Ag(110)面的结构稳定性最差.通过对不同表面几何与电子结构的比较,初步分析了其结构稳定性差异的产生原因.表面原子驰豫不仅引起表面几何结构的变化,而且使表面层的电子结构与键合特性发生改变.驰豫后表面层原子的部分价电子跑到了表面层以上的真空区,使表面层原子的电子态密度峰形发生变化,还新形成了表面态,这是表面能产生的主要原因,而Ag(110)表面相对于Ag(111)与Ag(110)表面具有高表面活性的主要原因则源于其表面层原子显著的结构驰豫.     

Mg17Al12(110)表面终端稳定性的密度泛函理论研究(英文)

Mg₁₇Al₁₂(110)面具有T1～T5共5个可能的终端结构。长期以来，T3一直被认为是该表面最稳定的终端，然而最近的理论计算表明T1终端可能更加稳定。为了解决这一争议，本文作者采用密度泛函理论计算揭示Mg₁₇Al₁₂(110)面最稳定的终端形式。表面能计算结果表明，不论Mg₁₇Al₁₂(110)面是否存在缺陷，T1总是该面最稳定的终端。T1终端的高稳定性可能与Mg₁₇Al₁₂中的Al截角四面体有关，因为只有沿着T1终端截取Mg₁₇Al₁₂(110)面才不会破坏Al截角四面体的完整性。除了揭示最稳定的终端，还计算了Mg₁₇Al₁₂(110)面的功函数，结果表明该面的功函数主要由表面的Al_Mg缺陷浓度决定。     

Al(001)、Al(110)、Al(111)面表面能的密度泛函理论计算

用密度泛函理论方法，采用超晶胞模型，计算了Al(001)、Al(110)、Al(111)面的表面能.计算表明，Al(001)面的表面能为0.87 eV，Al(110)面为1.07 eV，Al(111)面为0.76 eV.分析了表面能差异与表面电荷平均面密度的关系，表面原子层和次表面原子层的电荷面密度在s,p轨道上重新分布.表面原子层电荷密度越大，表面能越低.计算结果与已有的实验和计算值比较吻合.      

金刚石单晶解理断裂的研究

本文通过实验观察和理论计算研究了金刚石单晶解理断裂现象.金刚石单晶晶面上实际的价电子密度并非简单的正比于原子密度.(110)晶面上原子分布不均匀.(110)晶面BQKJB区域内原子分布较少,原子密度低于其它晶面.(111)晶面的价电子键络分布均匀,且实际发生作用的价电子密度最大.计算和分析结果表明,金刚石单晶(111)晶面的有效价电子密度为46.212 nm-2,明显高于(110)晶面的38.542 nm-2,成为有效原子密排面.当金刚石受到外力作用时,(111)面间较弱的键相对更容易断裂,因而导致沿(111)面产生解理.这与实验观察结果相吻合.     

方解石和萤石晶体表面断裂键性质和润湿性的各向异性(英文)

计算方解石6个晶面和萤石3个晶面的表面断裂键密度,借助各向异性的表面断裂键密度预测两种含钙矿物的常见暴露面,分析表面断裂键密度与表面能之间的关系,利用接触角实验研究两种矿物常见暴露面的润湿性。表面断裂键密度计算分析表明,(1014)、(2134)和(0118)面及(111)面分别是方解石和萤石最常见的暴露面;两种矿物表面断裂键密度与表面能之间存在线性关系,其相关系数R2分别为0.9613和0.9969。接触角测量实验表明,两种矿物常见暴露面和水作用后的润湿性与表面断裂键密度有关,表面断裂键密度越大,亲水性越强,接触角越小;和油酸钠作用后的润湿性与表面Ca活性质点密度及质点的空间分布有关。     

Ag低指数表面非谐效应的分子动力学模拟

应用分子动力学,结合分析型嵌入原子模型研究了Ag低指数面的声子频率、声子线宽度、原子振动振幅和层结构因子随温度的变化关系.结果表明,计算值与已有的实验数据比较相符;(110)面的原子振动振幅表现出明显的各向异性;由声子频率随温度变化关系得到的非谐常数表明(111)面的非谐效应最弱.计算出的反映表面长程有序特征的层结构因子表明,(111)面没有表面熔化,而(100)、(110)面分别在低于体熔点的100 K与250 K时出现了表面熔化.     

生长铜膜中孪晶形成与出现几率的分子动力学模拟

运用分子动力学和静力学方法对(111)生长铜膜中孪晶形成的原子过程与能量进行了模拟研究.所用的原子间相互作用势为Finnis-Sinclair型镶嵌原子法(EAM)势.模拟和计算分析结果表明,(111)生长铜膜表面沉积原子在不同局部可形成正常排列的fcc畴或错排的hcp畴;沉积原子处于hcp位置时体系的能量比fcc位置时要高,其增量决定了孪晶面出现几率.沉积原子错排能还受相邻{111}孪晶面的影响,其间距小于3个原子层厚时,沉积原子错排能与不形成孪晶的Al晶体表面沉积原子错排能相当,此时形成孪晶面的几率极低;随间距的增加,表面沉积原子错排能迅速降低,在间距达到约12个原子层厚以后,降到略低于完整Cu晶体{111}表面的沉积原子错排能,这表明此时出现孪晶面的几率比在完整晶体表面形成一个新的孪晶面的几率要大.     

Effect of Cr Doping on the Surface Characteristics of Ni Metal Studied with First-Principles Calculation

The influence of Cr doping on the surface characteristics of Ni metal, including the surface energy, work function,adsorption and dissociation, has been investigated by means of first-principles calculation based on density functional theory. The results reveal that with the increase in Cr doping amount, the surface energies for all(111),(110) and(100)surfaces increase, whereas the work functions of(111) and(100) surfaces decrease followed by an increase and that of(110) surface has been decreasing. On the typical Ni(111) and Ni-Cr(111) surfaces, the adsorption energies follow the sequence O OH H H_2O, and the doping of Cr increases the chemical activity of surfaces leading to the improvement of adsorption energies. The H_2O dissociating to OH and H is easier than the subsequent OH dissociating to O and H. The addition of Cr into Ni surface decreases the energy barriers and significantly increases the reaction rate constants.     

Surface energies and appearances of commonly exposed surfaces of scheelite crystal

Surface energies of five different surfaces of scheelite crystal were calculated using density functional theory (DFT). Based on the calculation results, the predominantly exposed surfaces in the morphologies of scheelite crystals were predicted. {112} and {001} cleavage surfaces and {112} crystal surface are the commonly exposed surfaces, which are consistent with both previous literatures and the present experimental observations based on the XRD. Cleavage generates more easily along {112} surfaces than along {001} surfaces due to their different interlayer spacings. The surface roughness and appearance of different predominantly exposed surfaces were then investigated using AFM. The roughness of smooth {112} cleavage surface is the lowest among these three surfaces. On {001} cleavage surface, terraces are flat and separated by steps of about 10 nm in height. Subsequently, contact angle measurements were adopted to evaluate the wettability and surface energies of these surfaces. The surface energies evaluated directly correspond to the trend calculated with DFT.     

POSS在无铅焊点中界面反应能的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟研究了环己烯POSS在无铅焊点锡(β-Sn)晶体的(100)、(110)、(001)面以及在Sn-Ag-Cu合金表面的界面反应,得到了各自的界面反应能大小.结果表明,环己烯POSS易与β-Sn的各主要晶面相结合,但在(110)面上具有最低的界面反应能,结合性能最好.在锡中加入银(Ag)和铜(Cu)提高了环己烯POSS在其表面的界面反应能,表明对结合性能产生了不利影响,但仍然具有较好的结合性能.此外,还计算了环己烯POSS的溶解度参数.对于理解POSS对于无铅焊点的增强作用以及应用POSS来开发焊料增强剂具有重要而实际的意义     

TiC(110)表面第一性原理研究(英文)

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算TiC(110)表面的结构和电子特性。对于该表面结构弛豫和表面能的计算结果表明,7层原子构型能够显示TiC的内部体相特征,弛豫后结构的变化仅发生在顶部3层,证明弛豫只影响构型的顶部3层。同时,从构型的(100)平面上的电荷密度分布中可以看到强烈的Ti—C共价键。弛豫后,由于电荷在真空层中的消耗和第一、第二层原子层之间的积累,第一、第二层原子间距减小,Ti—C化学键相应地增强。计算得到的TiC(110)表面的表面能为3.53J/m2。     

硬质合金基底表面线缺陷对金刚石涂层膜基界面结合强度的影响

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了不同硬质合金基底线缺陷率下的金刚石涂层膜基界面结合强度。通过建立[111]、[110]、[100]3种不同晶向的金刚石涂层膜基界面分子模型,研究了硬质合金基底线缺陷率对涂层膜基界面结合强度的影响以及[111]、[110]、[100]3种不同金刚石涂层晶向下的最优膜基界面结合强度。研究结果表明:硬质合金基底的表面能随着基底线缺陷率的增加而逐步增大;当线缺陷率ρ=12.5%时,基底表面能达到最大值;其后,随着基底线缺陷率继续增大,基底表面能逐渐呈减小趋势。进一步研究显示,不同晶向的金刚石涂层膜基界面的最优界面结合能的最优线缺陷率不同,[111]晶向和[110]晶向的金刚石涂层的最优基底线缺陷率均为6.25%,而[100]晶向金刚石涂层的最优基底线缺陷率则为0%。      

Atomistic simulation of stacking faults in cementite: Planes containing vector [010]

The method of molecular dynamics (MD) has been used to study γ surfaces in (103), (101), (102), (201), and (301) planes of cementite, which contain the Burgers vector [010] of the perfect dislocation. Displacement vectors that correspond to stable stacking faults (SFs) and the energies of these SFs have been determined. The energies of unstable SFs, which characterize the tendency of the material toward plastic relaxation, have been estimated. Reactions of dissociation of the [010] dislocation into two partials in planes (101) and (103) have been suggested. It has been established that the planes (103) are characterized by a large number of local minima with a low energy.     

孕镶钻头胎体对金刚石机械把持力的评价方法

传统的孕镶钻头胎体对金刚石的把持力来源于机械把持力。金刚石表面的残余压应力是评价胎体对金刚石机械把持力的重要指标。本文中,对现有的金刚石表面压应力计算方法进行比较和评价,发现经验公式、弹性力学方程表征公式的计算结果与实际值差别很大,公式形式不够合理,而基于弹塑性力学理论的力学计算公式与有限元数值模拟方法具有很好的有效性。对WC基金刚石复合材料烧结后的冷却过程分析发现,钻头胎体在烧结后的冷却过程中发生了塑性变形,金刚石颗粒周围形成塑性变形区域;塑性变形吸收了一部分能量,缓解了金刚石—胎体之间的热错配应力,释放了一部分金刚石表面的静压应力;冷却完成后,金刚石表面会产生残余压应力,而这种残余压应力是胎体对金刚石机械把持力的主要来源。