分子动力学模拟不同入射角度的SiF3+对SiC表面的作用

采用分子动力学模拟方法研究了300K入射能量150eV时,以不同角度(5°、30°、60°和75°)入射的SiF3+与SiC表面的相互作用过程。模拟中使用了用于Si-F-C体系的Tersoff-Brenner势能函数。模拟结果显示,入射SiF3+与SiC表面相互作用后会分解,分解率随着入射角度的增加而减小。分解产物除少量散射外,大部分会沉积在SiC表面,Si和F在SiC表面的平均饱和沉积量随入射角度的增加而减少。随着SiF3+不断轰击SiC表面,SiC表面会形成Si-F-C反应层,且反应层厚度随着入射角度的增加而减少。同时发现SiC中的Si原子较C原子更容易被刻蚀,与实验结果一致。当刻蚀达到稳定,入射角度为5°、30°、60°和75°时,C的刻蚀率分别约为0.026、0.038、0.018、0.005,Si的刻蚀率分别约为0.043、0.051、0.043和0.023。各入射角度下,产物分子种类主要为F、SiF和SiF2。F和SiF产物量随入射角度增加而增加,而SiF2产量随入射角度增加而减少。在入射角度等于5°和30°时,SixFyCz是主要的含C产物;而在入射角度等于60°和75°时,CF是主要的含C产物。在入射角度等于5°和30°时,SiF2是主要的含Si产物;在入射角度等于60°和75°时,SiF是主要的含Si产物。刻蚀主要通过化学增强的物理溅射进行。     

分子动力学模拟C+离子与聚变材料钨的相互作用

采用分子动力学方法模拟不同能量的C+离子与聚变材料钨的相互作用.模拟结果表明:当C+离子入射剂量为3.11×1016 cm-2,入射能量为50eV时,样品表面形成一层碳膜;而入射离子能量为150和250eV时,C+离子入射到样品内与钨原子共同形成碳钨混合层,样品表面没有形成碳膜;碳的沉积率随能量的增大先减小后增加,溅射率随能量的增大先增大后减小;轰击后的样品中,碳原子密度、C-W键密度及C-C键密度分布都随能量的增加逐渐向样品内移动,且C-W键分布厚度随能量的增加而逐渐增加,C-C键分布厚度几乎不随能量变化;在作用过程中极少量的钨原子发生溅射,但引起钨品格损伤严重;碳在轰击后的样品中主要以Csp3杂化形式存在.     

分子动力学模拟不同入射能量的SiF2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx(x=1~4)中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。     

CH与聚变材料Be相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同能量的CH粒子与聚变材料Be的相互作用。根据托卡马克中的环境,入射粒子CH的模拟入射能量分别设定为低能量(1,5,10,25 eV)和高能量(50,100,150,200 eV),其中碳的沉积率随能量的增大逐渐增加,而氢的沉积率恰好相反。当CH粒子的入射能量为低能量时,Be样品表面形成一层碳氢膜;且其膜厚度越来越薄,并且形成一个厚度逐渐增加中间层;当入射能量为高能量时,样品中的Be原子溅射越来越大,入射粒子在样品中的入射深度越来越深,对样品的破坏越来越大,且会在样品中形成一个C反应层。     

Ar~+与氟化的Si样品相互作用机制的研究:分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了Ar+与表面含有C,F反应层的Si样品的相互作用过程,以了解Ar+与氟化的Si的作用机制。为了和相对应的实验结果做比较,选择了两种样品,表面富F样品和表面富C样品。模拟结果表明,对于表面富F样品,能清楚地看到Si的刻蚀且随着入射能量的增加Si的刻蚀增加。当入射Ar+数量到达一定程度后Si的刻蚀完全停止。对于富C样品,几乎没有发生Si的刻蚀,这是由于Si-C键对Si的刻蚀起阻碍作用。     

分子动力学模拟不同入射能量的CH与碳氢薄膜的相互作用

本文使用分子动力学方法模拟低能CH与碳氢薄膜的相互作用,以探讨在核聚变过程中CH的再沉积行为及对面向等离子体材料性质变化的影响。选择的入射能量分别为0.3,1,5,10 eV。模拟结果表明随着入射能量的增加C原子与H原子的吸附率增加,且在入射能量大于CH离解能的情况下,同一能量下H原子的吸附率小于C原子的吸附率。随着入射能量的增加,薄膜的厚度增加,薄膜中含有Csp2的范围变宽,并且表面逐渐转变为Csp2表面。薄膜中的C主要以Csp3形式存在,其次是Csp2,几乎不含Csp1。通过统计薄膜中的CHx(x为1~4)发现CH占优势,其次是CH2,而CH4的量非常少。     

分子动力学模拟样品温度对F刻蚀SiC的影响

利用分子动力学模拟方法研究了在低能F原子刻蚀SiC表面过程中样品温度对刻蚀的影响。由模拟结果可知,随着温度的升高,F在样品表面的沉积量和散射量均呈下降趋势,而发生溅射的F的量和与样品作用生成挥发物质的F的量逐渐增加。Si的刻蚀量均随着温度的升高而升高。样品中Si原子的刻蚀主要是通过生成SiF4得以实现的,C原子的刻蚀主要是通过生成CFx(x=1～3)等挥发性物质实现的。     

入射角度对Ti/Al(001)沉积薄膜微观结构的影响

采用分子动力学方法模拟Ti在Al(001)表面的薄膜生长过程,计算不同入射角度下Ti薄膜的表面粗糙度、堆积密度、径向分布函数、键对含量比。结果表明,当入射角度小于30°时,其对Ti薄膜粗糙度、堆积密度的影响很小,而当入射角度大于30°时,Ti薄膜粗糙度增加、堆积密度下降;入射角度对Ti薄膜微观结构的影响很小,且Ti薄膜以fcc结构为主。     

辐照条件下SiC晶界导热性能的分子动力学分析

SiC材料由于具有优良的物理化学性质而在工程领域得到广泛应用。但在辐照条件下,Frenkel缺陷势必影响材料的宏观性质。尤其在核能工程领域,辐照无法避免,而传热性质是材料的关键性质之一。本文采用分子动力学方法模拟了SiC材料晶界导热性质在辐照缺陷存在条件下的变化规律。研究结果表明,晶界扭转角度越大,界面能也越大,并且界面热阻大致与界面能呈正比关系。辐照缺陷的存在使界面热阻增加了一个数量级。声子态密度分析结果表明,界面附近原子晶格失配程度增加是导致辐照后界面热阻进一步增加的原因。     

聚氨酯与稀释沥青相互作用的分子动力学模拟

为从分子尺度深入了解聚氨酯与稀释沥青的相互作用,采用Materials Studio软件,分别构建沥青、聚氨酯、聚氨酯-稀释沥青共混模型,并验证模型准确性。基于分子动力学模拟,开展温度和聚氨酯掺量对稀释沥青内聚能密度、溶解度参数、相互作用能、力学性能的影响研究。结果表明：建立的沥青和聚氨酯分子模型较合理,能够表征沥青和聚氨酯真实特性;随着温度的升高,稀释沥青和稀释沥青-聚氨酯共混体系的内聚能密度均呈下降趋势;在[-10℃,100℃]范围内,聚氨酯添加物能够降低稀释沥青的内聚能密度,不同温度下降低幅度平均为15%;在60℃时,稀释沥青与聚氨酯的溶解度参数δ差值最小,各总相互作用能和范德华势能最大,体系最稳定;聚氨酯能够提高稀释沥青的力学参数,并且力学参数与聚氨酯的掺量呈正相关关系。研究对树脂改性冷补沥青混合料具有参考价值。     

几种纳米管导热性的分子动力学模拟

采用平衡态分子动力学方法,计算了不同直径的单壁碳、硅、锗、碳化硅、氮化硼纳米管的导热系数,得到了导热系数随温度、直径变化的曲线;进而根据这些曲线,讨论了直径、温度等因素对几种纳米管导热性的影响,以及不同纳米管之间导热系数的差异。研究结果表明,各单壁纳米管的导热系数均随温度的升高以及直径的增大而降低;在模拟的温度范围(<2200K)内,温度相同时,几种纳米管的导热系数由大到小有如下的排序:碳、氮化硼、硅、锗和碳化硅,其中,锗和碳化硅纳米管的导热性相当。     

MPP并行机上数亿粒子规模的分子动力学模拟

提出一种基于“块-单元-链表”数据结构和HSFC动态负载平衡的并行分子动力学算法,实现了大规模、非均匀分子动力学模拟的基于MPI的可扩展并行计算,以辅助物理学家实现具有实验意义的纳米级模拟。具体地,在某MPP并行机的240个CPU上,计算3．84亿(二维)和2．76亿(三维)个粒子规模的金属微喷射问题,均获得了209倍以上的加速比。     

液态Pb-Cu合金结构与扩散性质的分子动力学模拟

通过分子动力学方法模拟液态Pb-Cu合金的熔体结构,得到液态合金的对相关函数曲线、配位数和相关半径,并用于分析合金熔体内部的结构。同时将NRTL方程与分子动力学方法结合,提出一种计算合金互扩散系数的新方法,使用该方法计算得到了Pb-Cu合金的自扩散与互扩散系数,并分析了熔体结构对合金扩散性质的影响。     

分子动力学方法的模拟参数对结果的影响

主要研究了利用分子动力学方法(MD)模拟等离子体与材料表面相互作用过程时分子动力学方法的参数对模拟结果的影响.详细分析了Berendsen热浴的应用时间、耦合强度和模拟时间量(单个轨迹的作用时间、弛豫时间)对模拟结果的影响,结果表明,热浴的应用时间对模拟结果的影响很大,而其它参数对模拟结果没有太大的影响.     

Early Stage of Oxidation on Titanium Surface by Reactive Molecular Dynamics Simulation

Understanding of metal oxidation is very critical to corrosion control, catalysis synthesis, and advanced materials engineering. Metal oxidation is a very complex phenomenon, with many different processes which are coupled and involved from the onset of reaction. In this work, the initial stage of oxidation on titanium surface was investigated in atomic scale by molecular dynamics (MD) simulations using a reactive force field (ReaxFF). We show that oxygen transport is the dominant process during the initial oxidation. Our simulation also demonstrate that a compressive stress was generated in the oxide layer which blocked the oxygen transport perpendicular to the Titanium (0001) surface and further prevented oxidation in the deeper layers. The mechanism of initial oxidation observed in this work can be also applicable to other self-limiting oxidation.     

空位缺陷对单晶硅薄膜热导率影响的分子动力学模拟研究

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法及Tersoff势能函数模拟了微尺度下空位结构缺陷对单晶硅薄膜热导率的影响。结果表明,硅薄膜的热导率随空位浓度的增加而明显减小。当温度为300~700K时,随着温度的升高,空位浓度对热导率的影响以及同一空位浓度下温度对热导率的影响都逐渐减弱。     

聚醋酸乙烯酯与黑索今体系的分子动力学模拟

聚醋酸乙烯酯(PVAc)与黑索今(RDX)的界面相互作用会直接影响RDX的表面包覆效果,因此,在原子、分子层次研究其作用方式,可以发现相互作用机制。利用分子动力学模拟方法,以径向分布函数描述组分间相互作用的方式;研究不同温度下PVAc与RDX晶面的相互作用,并计算PVAc在RDX晶体表面的扩散速率。结果表明,在298~353 K温度下,PVAc与RDX的结合能随温度升高略有降低;通过对有效各向同性模量和柯西压的分析得到,加入PVAc能够有效改善RDX的力学性能。此外,在343 K的温度下,PVAc在RDX表面的扩散速率最大,体系的力学性能最为优异。