基于平衡态分子动力学模拟研究单轴应变对锗热导率的影响

采用平衡态分子动力学方法研究了立方锗的热导率.介绍了平衡态与非平衡态方法的区别.应用Tersoff势描述锗原子之间的相互作用,通过大量的模拟计算得到较为精确的锗的热导率.此外,重点研究了单轴的拉伸和压缩应变对锗热导率的影响.结果表明,在应变方向或垂直应变方向热导率都会随着应变的增大而降低.比较拉伸和压缩应变热导率的变化趋势,间接验证了在平衡后体系单轴施加压强相当于在垂直压强的两个方向施加反向压强.

均质非平衡态分子动力学模拟铜薄膜的热导率

为研究微电子器件中薄膜的“超常”传热行为 ,基于等温线性响应理论 (LRT)和嵌入原子法 (EAM)势函数 ,采用均质非平衡态分子动力学方法 ,对铜薄膜的热导率进行了计算机数值模拟 ,给出了铜薄膜热导率与薄膜厚度及温度之间的关系 .模拟结果符合 Flik关于微尺度薄膜导热的判据并与其他文献的实验数据基本一致 ,表明该方法和结果可以用于微电子器件中的微尺度传热及热应力问题的分析 .

分子动力学模拟研究GeO_2玻璃的非平衡态

我们用定压分子动力学模拟方法研究了GeO2玻璃在偏离平衡条件下的相转变过程.在5GPa-10GPa间发生了相变，形成的致密相配位数为6;负压下则形成了理想网络结构.模拟的GeO2玻璃的相行为与实验结果符合良好.高压下形成的致密相存在一个等容的亚稳极限，二次定律成立，结论与SiO2玻璃相同.负压下二次定律不成立，这一点与SiO2模拟不同.得到了300K时常压和张力状态下GeO2玻璃的状态方程.把Schlogl非于衡相变模型推广到了GeO2玻璃系统.

平衡态分子动力学Green-Kubo方法计算氮化硼单层结构热导率的模型尺寸效应研究

分子动力学模拟可以直接表征体系原子的行为,因此成为研究氮化硼相关材料微观导热机理的重要工具,但目前尚没有关于氮化硼材料模型尺寸对其热传导相关性质影响规律的研究。该文采用平衡态分子动力学并结合Green-Kubo方法,研究了纯净氮化硼单层结构热导率、声子色散关系以及态密度随模拟尺寸的变化规律,并解释了其内部机理。实验发现,氮化硼单层材料热导率随着模拟尺寸的增大而减小,并在单层面积约4.1 nm×4.1 nm时收敛于(349±22)W/(m·K),此收敛值远小于平衡态分子动力学计算中石墨烯热导率的收敛尺寸(10 nm×10 nm),这说明氮化硼单层中声子之间的散射大于石墨烯。此外,不同于热导率,氮化硼单层结构的声子色散曲线、态密度几乎不受模拟尺寸的影响。该研究结果可为采用平衡态分子动力学研究氮化硼相关材料的微观导热机理提供重要参考。

REBO模型的平衡态分子动力学模拟

为了得到合适的“计算机实验”的“试样”进行固体炸药冲击起爆现象的分子动力学研究，对REBO模型进行了NVE，NVT两种平衡态分子动力学模拟；作为对比，同时还进行了不施加任何人工干预，系统的演化完全由运动方程驱动的分子动力学模拟，讨论了根据对“试样”的不同要求选择适当模拟方法的原则。

平衡态分子动力学 Green-Kubo 方法计算氮化硼单层结构热导率的模型尺寸效应研究

分子动力学模拟可以直接表征体系原子的行为，因此成为研究氮化硼（BN）相关材料微观导热机理的重要工具，但目前尚没有关于氮化硼材料模型尺寸对其热传导相关性质影响规律的研究。该文采用平衡态分子动力学（Equilibrium Molecular Dynamics，EMD）并结合 Green-Kubo 方法，研究了纯净氮化硼单层结构热导率、声子色散关系以及态密度随模拟尺寸的变化规律，并解释了其内部机理。实验发现，氮化硼单层材料热导率随着模拟尺寸的增大而减小，并在单层面积约 4.1 nm×4.1 nm 时收敛于（349±22）W/（m？K），此收敛值远小于 EMD 计算中石墨烯热导率的收敛尺寸（10 nm×10 nm），这说明氮化硼单层中声子之间的散射大于石墨烯。此外，不同于热导率，氮化硼单层结构的声子色散曲线、态密度几乎不受模拟尺寸的影响。该研究结果可为采用平衡态分子动力学研究氮化硼相关材料的微观导热机理提供重要参考。

分子动力学模拟的主要技术

综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的基本原理、有关的有限差分技术、势函数的发展、初始条件和边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取、分子动力学的特别用途以及与其他计算方法的结合.最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步研究的方向.

分子动力学模拟及其在材料科学中的应用

综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的分类、基本原理、原子间势函数的发展及势参数的确定、相关有限差分算法、初始条件和边界条件的选取、平衡系综及其控制、感兴趣量的提取以及分子动力学模拟在材料科学中的一些应用。

相变传热相关问题的分子动力学模拟及研究

对相变传热过程中有关问题的分子动力学模拟进行了综述. 通过对平衡分子动力学(EMD)、非平衡分子动力学(NEMD)模拟相变传热中各种问题的综合分析,讨论了目前在相变传热中有关分子动力学模拟的几个重要问题.

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。

氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟

采用基于声子散射理论的Boltzmann-Peierls声子传输方程(BTE)和非平衡态分子动力学模拟(NEMD)方法研究了氮化硼纳米管(BNNT)的热输运性能.分析了BNNT的热力耦合效应,通过BTE与NEMD两种方法相结合,分析了温度和长度对BNNT热输运性能的影响,并应用量子修正扩大了NEMD的研究范围.结果表明:随着拉伸或压缩应变的增加,BNNT热输运性能均呈降低的趋势.通过计算声子态密度(PDOS)在理论上分析了以上结果,发现在拉伸状态下,声子模式的变化是决定BNNT热输运性能变化的主要因素;在压缩状态下,热导率变化是由于模型发生明显的屈曲变形引起的.在低温段,BNNT的热输运性能受量子效应影响最初有一个线性增加的过程,当温度超过一定值时,其开始显著地降低;当BNNT长度小于120nm时,随着长度的增加,其弹道性能逐渐减弱,但仍主要体现为弹道特征,其热导率(κ)与长度(L)基本满足κ∝Lα这一关系.

概述经典分子动力学模拟计算

综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了经典分子动力学的基本思想、有关的有限差分技术、原子间作用势及参数的确定、初始条件和边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取,最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步发展的方向。

分子动力学模拟浅论

综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的基本原理、有关的有限差分技术、势函数的发展、初始调建和边界条件的选取、平衡态系综及其调控等,最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步研究的方向。

热流对超晶格结构热传导影响的分子动力学研究

超晶格材料的传热性能对其在热电设备、微电子以及光电子等领域的应用起决定性作用。本文采用非平衡态分子动力学方法研究了热流对超晶格结构热导率的影响。利用Tersoff势函数描述超晶格结构中Si粒子与Ge粒子的相互作用,建立了Si/Ge超晶格结构的稳态导热模型。通过分析热流方向上系统内部的温度分布,得出超晶格结构所施加热流的大小和方向都对热导率产生重大影响。研究结果表明:超晶格结构热导率随热流的增大而增大,并且当热流及温度升高到一定程度,超晶格结构可能会发生非傅里叶热传导现象;热流由Si薄膜流向Ge薄膜时超晶格结构热导率大于由Ge薄膜流向Si薄膜时的热导率。

分子动力学模拟纳米尺寸限制体系下氩溶液中I2的振动能量弛豫

利用平衡态分子动力学方法(EMD)模拟了纳米尺寸限制球壳内I2在Ar溶液中的振动能量转移.计算并讨论了I2振动能量弛豫时间T1随球壳半径、溶剂密度的变化规律.通过分子间相互作用分析,在原子、分子水平上,揭示了随着球壳半径的减小,T1呈逐渐增大趋势的原因.结果表明,球壳的几何限制效应和表面作用对受限溶液密度分布的影响较大,从而导致溶质振动弛豫的显著变化.此外,非限制体系模拟显示,非平衡态分子动力学(NEMD)方法可以得到与平衡态分子动力学方法较一致的振动能量弛豫时间T1.

单晶与纳米多晶锡层裂的分子动力学研究

低熔点金属的层裂是目前延性金属动态断裂的基础科学问题之一。采用非平衡态分子动力学方法模拟了冲击压力在13.5~61.0 GPa下单晶和纳米多晶锡的经典层裂和微层裂过程。研究结果表明:在加载阶段,冲击速度不影响单晶模型中的波形演化规律,但影响纳米多晶模型中的波形演化规律,其中经典层裂中晶界滑移是影响应力波前沿宽度的重要因素;在单晶模型中,经典层裂和微层裂中孔洞成核位置位于高势能处;在纳米多晶模型中,经典层裂中的孔洞多在晶界(含三晶界交界处)处成核,并沿晶定向长大,产生沿晶断裂,而微层裂中孔洞在晶界和晶粒内部成核,导致沿晶断裂、晶内断裂和穿晶断裂;孔洞体积分数呈现指数增长,相同冲击速度下单晶和纳米多晶Sn孔洞体积分数变化规律一致;经典层裂中孔洞体积分数曲线的两个转折点分别表示孔洞成核与长大的过渡和材料从损伤到断裂的灾变性转变。

近场热记录系统热响应过程的分子动力学仿真

采用非平衡态分子动力学(NEMD)仿真了近场热记录系统的热响应过程.对探针施加不同的作用力时,随着作用力的增加,基体的热响应明显加快,系统达到热平衡所需时间相应减少,可有效提高热机械数据存储速率.采用数值差分方法对一维探针-基体的传热模型进行数值求解,数值解和分子动力学模拟结果总体趋势基本吻合.

基于分子动力学的超晶格薄膜的导热系数影响因素分析

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格薄膜的热传导性能,分别计算了组成超晶格薄膜的两种材料的导热系数.从粒子质量、势阱深度、晶格常数的变化等方面讨论了其对薄膜两种材料的切向导热系数的影响.模拟结果表明:不同粒子质量的两种材料组成的超晶格薄膜中,二者的导热性能相互间影响并不大.而势阱深度的改变则两种材料的导热性能会相互产生影响,但在晶格不匹配时,超晶格薄膜的界面出现了应变,两者的导热系数均会产生较大的变化.同时还发现,薄膜的宽度不同时,大质量比的材料的导热系数趋于一致.

流场环境下复杂囊泡的动力学行为

采用非平衡态分子动力学方法研究了二维复杂囊泡在剪切流中的动力学行为.模拟发现了复杂囊泡经典的翻滚(tumbling)、摇摆(trembling)和坦克履(tank-treading)行为,还观察到由坦克履行为向平动行为(translating)的转变.囊泡的平动行为与剪切率大小、复杂囊泡的形状密切相关.当大囊泡均匀嫁接较多数目的小囊泡后,其平动方式消失.该研究有益于加深对囊泡在剪切流场中复杂性行为的理解.

气体分子非平衡态微观演化的探讨

论述动力学定律微观解释的局限性，并从碰撞法演证速度分布律出发，讨论了可逆的动力学定律在解释不可逆过程中的不完善性。