超细Pt纳米线结构和熔化行为的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势, 对临界尺寸下的自由Pt纳米线的奇异结构和熔化行为进行分子动力学模拟. 模拟结果显示, 超细Pt纳米线的熔点随径向尺寸和结构的不同而发生明显改变; 引入林德曼因子, 令其临界值为0.03, 以此得到对应熔点值大小与通过势能-温度变化曲线找出的一致, 又比较了纳米线各层粒子平均林德曼指数的大小, 对各层纳米结构的热稳定性进行定量标度; 综合分析发现螺旋结构纳米线的熔化从内核开始, 而多边形结构的纳米线的熔化从外壳层开始.     

NiAl合金纳米线弯曲形变行为的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟研究不同条件下NiAl合金纳米线的弯曲形变行为。研究结果表明：NiAl合金纳米线弯曲过程包括弹性和塑性形变两个阶段,其中,在弹性形变阶段计算得到纳米线的弯曲模量为48.9 GPa,与已有计算结果接近;而纳米线塑性形变以应力诱发B2→L1₀马氏体相变为变形载体,且形变行为不依赖于体系温度、应变速率及纳米线尺寸等因素,即使在低温和高应变速率下纳米线也表现出良好的弯曲塑性和弯曲强度。此外,NiAl合金纳米线在弯曲作用下具有近零滞后的超弹性特征,弯曲形变在卸去载荷时可完全回复。     

尺寸效应对Al纳米线凝固行为的影响

结合EAM镶嵌原子作用势, 通过经典的分子动力学模拟研究了不同截面尺寸Al纳米线在两种冷却速率下的凝固行为, 并采用键对分析技术探讨了相变过程中原子团簇的演化情况. 结果表明:Al纳米线的最终结构不仅与冷却速率有关, 还呈现出明显的尺寸效应. 在较快的冷却速率下, 五种截面尺寸的Al纳米线均得到了多壳螺旋结构; 而当冷却速率降低以后, 除了N₃纳米线发生了断裂以外, 其余纳米线的结构随着截面尺寸的增加, 逐渐从多壳螺旋结构经由类-六边形多壳结构最终过渡到稳定的晶态结构.     

尺寸效应对Al纳米线凝固行为的影响

结合EAM镶嵌原子作用势, 通过经典的分子动力学模拟研究了不同截面尺寸Al纳米线在两种冷却速率下的凝固行为, 并采用键对分析技术探讨了相变过程中原子团簇的演化情况. 结果表明:Al纳米线的最终结构不仅与冷却速率有关, 还呈现出明显的尺寸效应. 在较快的冷却速率下, 五种截面尺寸的Al纳米线均得到了多壳螺旋结构; 而当冷却速率降低以后, 除了N₃纳米线发生了断裂以外, 其余纳米线的结构随着截面尺寸的增加, 逐渐从多壳螺旋结构经由类-六边形多壳结构最终过渡到稳定的晶态结构.     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于原子嵌入势(EAM),采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势,采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt0.95Ag0.05合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt0.95Ag0.05合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt0.95Ag0.05合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

铁磁性物质Ni的液态结构的分子动力学模拟

用分子动力不模拟方法在１８７３－３００Ｋ对液态Ｎｉ的微正则系统进行了模拟研究。模拟采用ＥＡＭ相互作用势对时间和空间的平均,得到了不同温度下Ｎｉ的双体分布函数及原子组态变化的重要信息,并利用键对分析技术对模拟结果作了深入讨论。     

Cu50Ni50合金快速凝固的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了Cu₅₀Ni₅₀合金在不同冷却速度下的凝固过程,利用均方位移、径向分布函数和结构可视化等方法分析其微观结构.并对凝固模型进行拉伸模拟,通过应力应变曲线和直观结构变化分析其性能.研究表明：冷却速度对Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成的结构有较大影响,随着冷却速度的升高,凝固形成的结构中晶体含量减少,在较低的冷却速度下,如冷却1×10¹²K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成晶体结构;在较高的冷却速度下,如1×10¹⁴K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成非晶体结构,且非晶Cu₅₀Ni₅₀合金的抗拉性能要优于晶体Cu₅₀Ni₅₀合金.     

基底对硅纳米线热导率影响的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学模拟的方法研究了硅纳米线平放在基底上的轴向热导率,结果表明基底的存在降低了纳米线的热导率,且随着温度的升高,热导率逐渐降低.通过改变纳米线与基底之间的范德华作用力强度,研究了基底约束对硅纳米线热导率的影响,结果表明,随着作用力强度的增加,纳米线热导率逐渐减小.模拟结果还显示,基底维数的降低能够进一...     

多晶银纳米线拉伸变形的分子动力学模拟研究

纳米尺度金属Ag以其独特的导电和导热性,广泛应用于微电子、光电子学、催化等领域,特别是在纳米微电极和纳米器件方面的应用.本文采用分子动力学方法模拟了不同晶粒尺寸下多晶银纳米线的拉伸变形行为,详细分析了晶粒尺寸对多晶银纳米线弹性模量、屈服强度、塑性变形机理的影响.发现当晶粒尺寸小于13.49 nm时,多晶Ag纳米线呈现软化现象,出现反Hall-Petch关系,此时的塑性变形机理主要以晶界滑移、晶粒转动为主,变形后期形成五重孪晶;当晶粒尺寸大于13.49 nm时,塑性变形以位错滑移为主,变形后期产生大量的孪晶组织.     

纳米铜团簇凝结规律的分子动力学研究

采用分子动力学方法对包含147，309和561个原子数的液态纳米铜团簇凝结过程进行模拟研 究，结果表明降温速率及团簇原子数对凝结得到常温下的固态团簇结构有重要影响：在模拟 时间内，降温速度越慢，团簇原子数越少，凝结得到铜团簇越倾向生成二十面体结构，反之 则倾向生成面心立方结构.同时探讨了该现象的物理机理. 关键词： 铜团簇 凝结 结构 分子动力学     

采用分子动力学方法研究氯化钠水溶液的微观结构

溶液的微观结构对溶液的宏观性质具有决定性影响,团簇的存在和溶液不均性的认知是该领域研究的重要进展之一,也是关注的热点.为了考察溶液的微观结构,本文采用分子动力学方法对浓度适中的氯化钠水溶液进行了模拟,获得了各原子(离子)间的径向分布函数和溶液的瞬态图像.通过对比分析Na~+-Cl~-和Cl~--Na~+的径向分布函数,并结合已有研究结果,表明该径向分布函数上第三峰也来源于离子对,发现氯化钠水溶液存在着第三种离子对;上述径向分布函数上的三个峰分别与直接接触离子对、部分间隔离子对和完全间隔离子对相对应,并给出了这三种离子对的瞬态图像.三个时刻下系统瞬态图像的分析结果表明,溶液中存在水分子连续分布的区域和由离子与水分子共同构成的离子团簇.各瞬态图像中水分子连续分布的最大区域的平均尺寸至少为1.43 nm,溶液中部分间隔离子对的比例最大,约为0.68.在同时考虑直接接触离子对和部分间隔离子对时,三个时刻中最大团簇尺度的平均值为1.44 nm,该值约为部分间隔离子对最概然尺寸的3倍;团簇尺寸随团簇中离子数的增加而增大,在团簇中离子数较大时,满足无规行走(自由连接链)模型的结果.这些说明氯化钠水溶...     

碳纳米管内Ni纳米线的螺旋度与热稳定性研究

本文采用分子动力学模拟方法研究了扶手型碳纳米管包裹Ni纳米线的复合结构, 主要讨论内部Ni纳米线的螺旋度和热稳定性.结果表明, Ni纳米线为多壳层螺旋结构, 各壳层是由多条Ni原子链螺旋而成,不同层的螺旋度不同,内层的螺旋度明显大于外层. 当每层的Ni原子链条数为3的整数倍时,其螺旋度最大. Ni纳米线的螺旋度与碳纳米管的管径相关,各层螺旋度的大小随管径的增加有明显的周期性变化. 碳纳米管对Ni纳米线有很好的保护作用,即使是高温对Ni纳米线的结构及螺旋度也影响很小.     

Investigation of mechanical properties of twin gold crystal nanowires under uniaxial load by molecular dynamics method

Twin gold crystal nanowires, whose loading direction is parallel to the twin boundary orientation, are simulated.We calculate the nanowires under tensile or compressive loads, different length nanowires, and different twin boundary nanowires respectively. The Young modulus of nanowires under compressive load is about twice that under tensile load.The compressive properties of twin gold nanowires are superior to their tensile properties. For different length nanowires,there is a critical value of length with respect to the mechanical properties. When the length of nanowire is greater than the critical value, its mechanical properties are sensitive to length. The twin boundary spacing hardly affects the mechanical properties.     

Mechanism of microweld formation and breakage during Cu-Cu wire bonding investigated by molecular dynamics simulation

Currently,wire bonding is the most popular first-level interconnection technology used between the die and package terminals,but even with its long-term and excessive usage,the mechanism of wire bonding has not been completely evaluated.Therefore,fundamental research is still needed.In this study,the mechanism of microweld formation and breakage during Cu-Cu wire bonding was investigated by using molecular dynamics simulation.The contact model for the nanoindentation process between the wire and substrate was developed to simulate the contact process of the Cu wire and Cu substrate.Elastic contact and plastic instability were investigated through the loading and unloading processes.Moreover,the evolution of the indentation morphology and distributions of the atomic stress were also investigated.It was shown that the loading and unloading curves do not coincide,and the unloading curve exhibited hysteresis.For the substrate,in the loading process,the main force changed from attractive to repulsive.The maximum von Mises stress increased and shifted from the center toward the edge of the contact area.During the unloading process,the main force changed from repulsive to attractive.The Mises stress reduced first and then increased.Stress concentration occurs around dislocations in the middle area of the Cu wire.     

Thermal stability of silicon nanowires: atomistic simulation study

Using the Stillinger--Weber (SW) potential model, we investigate the thermal stability of pristine silicon nanowires based on classical molecular dynamics (MD) simulations. We explore the structural evolutions and the Lindemann indices of silicon nanowires at different temperatures in order to unveil atomic-level melting behaviour of silicon nanowires. The simulation results show that silicon nanowires with surface reconstructions have higher thermal stability than those without surface reconstructions, and that silicon nanowires with perpendicular dimmer rows on the two (100) surfaces have somewhat higher thermal stability than nanowires with parallel dimmer rows on the two (100) surfaces. Furthermore, the melting temperature of silicon nanowires increases as their diameter increases and reaches a saturation value close to the melting temperature of bulk silicon. The value of the Lindemann index for melting silicon nanowires is 0.037.     

Relaxation dynamics and power spectra of liquid water: a molecular dynamics simulation study

We present molecular dynamics simulations of liquid water at normal and supercooled conditions. Autocorrelation functions (ACFs) of several structural quantities and their fourier transforms are obtained and analysed. Structural correlations and relaxation times increase linearly with degree of supercooling. Power spectra of ACFs show increase in librational motion of liquid water with cooling. These modes intensify with supercooling because of structuring and ordering of water molecules. Overall, liquid water structure is homogenous over the temperatures and pressures studied and undergoes fluctuation–dissipation in its local-density variations [English and Tse, Phys. Rev. Lett. 106, 037801 (2011)].     

荧光素酶nanoKAZ与发光底物的分子对接及对接复合体的全原子动力学模拟

nanoKAZ是一种体量小且底物专一性低的新型荧光素酶,具有高潜在应用价值,然而nanoKAZ与底物的作用方式未见报道。这里使用分子对接技术构建了nanoKAZ与底物coelenterazine结合后形成的复合体构象,使用软件GROMACS对该复合体进行常温水溶液态的全原子动力学模拟并综合模拟过程中的酶主链运动特性,酶与底物间结合自由能变化与形成氢键情况分析nanoKAZ与底物作用方式。结果显示coelenterazine进入nanoKAZ空腔后借由与β桶区域内7个氨基酸残基产生强结合能并与其中Q12形成氢键以稳定分子朝向,同时coelentazine还促使催化腔口区域片段V27-V38（V27与coelenterazine形成氢键）和片段P61-H87在空间上彼此靠近从而关闭催化腔,稳定疏水的底物分子以促进催化反应发生。以上结果阐明了底物与nanoKAZ活性腔的结合方式,提出了nanoKAZ-底物反应中间体的构象,为nanoKAZ的理性改造提供了理论基础。