含Ni夹杂的纳米晶Cu基体力学性能分子动力学模拟
2018-04-18,
材料工程 2018年4期
,
(湖南大学 机械与运载工程学院,长沙 410082)
材料在纳米尺度因具有表面效应、小尺度效应、电子隧穿效应等而表现出特殊的力、电、光等特性[1]。近几十年来,高尖端技术以及现代制造技术的快速发展,促进了人们对高性能新型纳米材料的开发和研究[2-4]。基于纳米材料和纳米技术,先后出现了微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System,NEMS)[5-8]。此外,对于材料的宏观特性,很大程度上也由其微观结构所决定[9-10]。因此研究材料在小尺度下的力学特性及结构具有重要意义。
目前对介观尺度的研究较多集中在单晶材料,然而相对于单晶,多晶体及复合材料往往展现出更丰富、更优异的性能,并已被应用于众多领域[11-14]。其中Cu/Ni结构作为一种典型体系,其纳米晶复合材料具有防腐蚀、抗污、电催化和较好的耐磨性等优良特性[15]。Cu和Ni晶体都是FCC结构,但弹性模量却有着显著差异,同时它们只有2.7%的晶格失配,更有利于凝聚。通过调节Cu/Ni结构中Ni的含量,可以对其复合材料的特性进行调控[16]。因此,Cu/Ni复合材料已引起诸多学者的广泛关注。然而因为尺度问题,采用实验操作手段来研究纳米材料的属性受到了一定限制。随着计算机水平的不断提高,数值模拟计算已得到迅速的发展。分子动力学模拟作为其中的重要代表,已被广泛应用于纳米材料的力学性能研究[17-20]。
近年来,一些学者基于分子动力学方法研究了纳米晶Cu/Ni体系及相关的复合材料。Chen等[21]研究了Cu/Ni双层膜间不同的扭转角对结合能的影响;……
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