单晶铜纳米机械加工的分子动力学模拟与实验的间接对比

以单晶铜微探针纳米刻划加工为例,提出了一种分子动力学模拟与实验的间接对比方法,依次开展了工件材料的弹性常量的定量对比、工件材料机械性能的纳米压痕测量的定量对比、已加工表面形貌的定性对比。单晶铜工件压缩、剪切、拉伸和纳米压痕的分子动力学模拟显示,分子动力学模拟体系的弹性模量与实验测得值相同,压痕后工件表面材料堆积的对称特性与实验结果相符。研究结果表明,所使用的嵌入原子势能函数可以精确地描述单晶铜工件中铜原子之间的相互作用,纳米机械加工的分子动力学模拟具有较高的精度,并且可以很好地预测纳米机械加工的实验结果。

纳米尺度孔洞周围应力集中现象分析

运用分子动力学方法,采用EAM势函数对纳米单晶铜杆拉伸过程进行分析。选择一个无孔的纳米单晶铜杆作为模型进行拉伸实验,分析内部拉伸应力分布情况;在该模型中间挖出一个孔洞进行拉伸实验,分析孔边拉伸应力分布情况,用工程应力的方法计算应力、应力集中系数。改变模型尺寸、孔洞半径,对多个模型孔边应力集中系数进行计算,总结孔边应力集中的特点。

纳米切削过程中刀-屑接触区应力分布

高速切削时刀屑接触区的应力分布直接影响切削过程、切削温度及刀具磨损。利用分子动力学技术对纳米切削过程中刀屑接触区的应力分布特征进行研究,分别采用EAM势、Tersoff势及Morse势计算单晶铜原子间、单晶硅原子间、工件原子与刀具原子间的相互作用力。分析纳米尺度下刀屑接触长度随切削距离变化的规律,探讨刀具前角对刀屑接触区应力分布的影响,通过描述刀屑接触区切屑原子的运动情况,为阐释刀屑接触区的应力分布特征提供依据。研究结果表明在刀-铜屑接触区,正应力在切削刃处最大,随着到切削刃距离的增大而减小,在刀-硅屑接触区,正应力以规则的波动形式逐渐减小。而切应力在切削刃处为负值,随着到切削刃距离的增大,切应力在刀屑接触长度的三分之二处增大到最大值后逐渐减小至零。

带孔纳米单晶铜悬臂梁弯曲的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了带孔纳米单晶铜悬臂梁的弯曲过程。通过一端固定另一端施加横向作用力驱使原子运动,得到纳米单晶铜悬臂梁弯曲的变形图。对其不同于宏观连续介质理论的位移-载荷曲线进行分析,给出了合理的解释。结果表明:纳米尺度下的微缺陷对纳米单晶铜悬臂梁的性能具有明显的影响;尺寸效应和表面效应的影响,以及位错滑移和弛豫的综合作用,使得纳米单晶铜悬臂梁在纳米尺度下表现出与宏观尺度下不同的力学特性。

纳米尺度固体中应力计算方法研究

纳米尺度的应力计算方法包括维里应力和工程应力的计算方法。作者以计算固体中的拉伸应力为例,阐述两种计算方法在计算固体中应力时的异同及适用范围。比较两种算法在计算垂直于拉伸方向截面上的平均拉伸应力和在该截面上不同位置处的局部拉伸应力,分析在不同外载荷下两种方法的计算结果,最后总结出两种算法各自的优点和缺点。在具体计算中,选取了EAM势函数,用分子动力学方法对纳米单晶铜杆的拉伸过程进行模拟。

单晶硅基体上紫外光诱导生长铜微纳米粒子薄膜

在室温条件下，通过紫外光诱导方法在 n 型单晶硅表面成功地生长出长度为1.66~5.80μm、宽度为1.27~2.84μm、厚度在0.24~0.73μm之间变化的铜微纳米粒子。采用电子显微镜（SEM）观察到单个铜粒子表面光滑，并出现数个粒子聚集形成K或L形状的粒子团聚现象。结果表明：改变溶液组分浓度和光照时间可以对铜微纳米粒子的尺寸和致密度进行有效控制。以浓度为1·10-5 mol/L罗丹明6G作探测分子，对制备的铜微纳米粒子薄膜的表面增强拉曼散射（SERS）效应进行研究，证实经过铜微纳米粒子修饰后的单晶硅对其表面吸附分子的拉曼信号确实有增强作用，这是因为铜粒子的表面等离子体效应能够提高样品表面局域场的电场强度。

单晶连铸技术的发展及其在单晶铜生产中的应用

介绍了热型连铸技术的原理、优点、关键技术和工艺参数。重点介绍了热型连铸技术在单晶铜生产中的应用,提出了该技术存在的问题及今后的改进方向和发展趋势。

纳米单晶铜板单向拉伸/压缩的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟纳米单晶铜板的拉伸／压缩变形过程，得到了纳米单晶铜板在单向拉伸／压缩状态下的应力应变关系曲线和垂直于拉伸／压缩方向的泊松比．结果表明，纳米单晶铜板在单向拉伸／压缩状态下的弹性极限应变分别约为0．08和-0．03。在此范围内应力应变关系基本上表现为线弹性；垂直于拉伸／压缩方向的两个泊松比取值于0．3～0．4之间，但是不同方向上的泊松比数值不同，表现出由尺寸效应引起的材料力学行为的各向异性．

浅析宏观与纳观材料拉伸强度差异

应用分子动力学方法，采用EAM势函数模拟纳米单晶铜的拉伸过程，在拉伸的数值模拟过程中，采用具有完整结构和各种缺陷结构模型，观察缺陷对模型强度的影响，给出各个模型拉伸时应力应变曲线及极限应力。

有孔纳米单晶铜薄膜拉伸断裂特性的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟有孔纳米单晶铜薄膜的拉伸断裂过程。通过施加拉伸应变驱动原子运动和小孔变形 ,展示有孔纳米单晶铜薄膜随应变增加的原子位形直观分布 ;超过弹性极限后 ,位错发生于小孔的应力集中处。计算所得原子平均能量随变形的增长趋势 ,结果表明 ,有孔纳米单晶铜薄膜的变形机制可以显著地分为三个阶段 ,弹性延伸、塑性滑移。