BaTiO_(3)纳米单晶薄膜在外加电场作用下畴结构演化的相场研究

铁电薄膜的工作电场加载频率及基底失配应变可影响微观畴结构形态和材料宏观铁电性能。本文利用相场模拟方法分别研究了在-0.1%、-0.7%的失配应变下,0.1~100 kHz频率范围内BaTiO_(3)纳米单晶薄膜的铁电性能变化规律。研究发现,随着外加电场频率的增大,薄膜电滞回线由四方形向椭圆形转变,标准蝶形曲线向腰果形曲线发生改变。在50 kHz以下的低频段,矫顽场随频率增加而快速升高,但剩余极化强度变化幅度不大;而在50 kHz以上的高频段,矫顽场随频率增加略有升高,剩余极化强度则呈下降趋势。在低频段下铁电性能的频率依赖性受失配应变的影响较大,而在高频段下则对失配应变不敏感。同时发现,压缩失配应变可导致剩余极化及矫顽场显著升高,而拉伸应变的效果相反。分析表明,BaTiO_(3)纳米单晶薄膜铁电性能的频率依赖性源自内部微结构演化速度与外电场施加速率的相互竞争。本研究可为铁电功能薄膜材料的实验设计提供理论基础,为其在高频电子器件中的应用提供有力支撑。

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。

BCC和FCC三维纳米单晶固体的拉伸剪切破坏

建立原子尺度模拟三维立方晶格纳米单晶金属固体力学行为的物理模型,基于修正的镶嵌原子势,采用分子动力学方法分析面心立方晶格(FCC)镍和体心立方晶格(BCC)α-铁三维纳米单晶固体在拉伸和剪切载荷作用下的变形破坏,得到两种不同立方晶格三维纳米单晶固体的力学性能,与实验现象和结果吻合。研究表明晶格结构影响纳米晶固体的拉伸变形机制,FCC纳米单晶固体的拉伸变形以定向滑移为主,拉伸破坏存在短暂屈服阶段,有明显弹性模量软化现象;BCC纳米单晶固体的拉伸变形出现原子堆垛,存在较长屈服阶段,延性高于FCC纳米固体,而弹性模量小于后者。FCC纳米单晶固体的剪切模量小于拉伸模量,剪切强度小于拉伸强度,BCC纳米固体则相反。

酸性条件下金红石型TiO_2纳米单晶的直接合成

以TiCl4为主要原料,通过压力热晶法在300～400℃酸性条件下直接制备金红石型的TiO2纳米单晶,并通过TEM,XRD,HRTEM,FFT等技术手段对TiO2纳米晶的结构和形貌进行了表征.结果表明:高温和高压下有利于TiO2结晶成型.TEM显示:制备得到的TiO2纳米晶具有四方型结构外观,尺寸为十几到几百纳米,高温灼烧后纳米晶型不发生变化.XRD显示:制备得到的TiO2纳米晶是金红石型结构.

纳米单晶氩机械拉伸性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩杆进行了机械拉伸变形和断裂的模拟研究。在拉伸过程中可以观察到原子位错,间隙的形成,裂纹的出现,以及后来的断裂分离等现象,与宏观的拉伸试样相似。MD模拟的拉伸试样的真实应力应变图显示,纳米单晶氩杆随着应变的增加应力略有增加,超过某一应变值后,应力急剧增加到最大值。随后,在加载速率较大时试样突然脆性断裂,在加载速率较小时应力却有一个突然的下降变负过程。这说明加载速率对材料的强度影响很大,当加载速度分别为2.16m/s和6.49m/s时,纳米单晶氩材料相应的断裂强度为2.6GPa和6.6GPa。纳米单晶氩材料在断裂前经历了一个较大的塑性变形过程,但其断裂方式却是完全脆性的。另外,纳米单晶氩材料在自由边界条件下充分弛豫后在垂直于拉伸的方向有轻微的收缩,不同于Al,Cu,Ni等具有FCC晶格结构的纳米单晶材料由于内力的作用引起轻微膨胀。

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。

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．

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。

纳米单晶铜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了拉伸状态下纳米单晶铜中孔洞的力学行为。通过与无孔纳米单晶铜块体弹性性能的比较 ,可知小孔使纳米单晶铜的弹性模量显著下降。弹性阶段 ,有孔单晶铜中无位错产生 ;超过其弹性极限后 ,位错线从四周向有孔单晶铜内部发射 ,位错滑移为其主要变形机制。

纳米单晶铜薄膜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

固体的断裂过程贯通宏、细、微观多个层次尺度，涉及固体力学、材料科学与物理学等领域。细观破坏过程的4种基本构元(孔洞、微裂纹、界面失效、变形局部化等)的起源和演化描述必须在微(纳)观尺度才能完全阐明。从原子尺度运用分子动力学技术模拟纳米单晶铜薄膜中孔洞在拉伸作用下的力学行为和动态断裂过程。

分子动力学模拟纳米镍单晶的表面效应

对单晶镍纳米丝、纳米薄膜零温准静态拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟.模拟表明表面效应对单晶纳米材料的原子运动及整体力学行为有显著影响.自由表面增加纳米材料的塑性、降低其强度,影响纳米材料的变形机制.受表面效应的作用,纳米镍丝强度与弹性模量均低于纳米镍薄膜.纳米薄膜的断裂接近脆性断裂,断裂强度符合Griffith理想晶体脆断理论;纳米镍丝在断裂过程中表现出微弱塑性.

氧化锌纳米棒/单晶硅的酒精传感器研究

首先采用射频溅射在单晶硅(Si)上制备氧化锌(ZnO)薄膜,作为生长ZnO纳米棒的晶种层,再在水热条件下生长ZnO纳米棒。X射线衍射、X射线能量色散谱,扫描电镜及室温光致发光谱对样品的物相结构、成分、表面微观形貌和晶体缺陷进行了表征。结果表明合成的ZnO纳米棒是六方纤锌矿结构,长径比较高,结晶良好。研究了ZnO纳米棒/单晶Si传感器在空气和酒精气体中的电压-电流(I-V)特性,阻抗谱及响应-恢复时间。该传感器在+6V的偏置电压下,其电阻在0.08g/L酒精气体中下降71%,响应时间小于1min,可以作为一种新型的酒精气体传感器。

片状纳米氧化锌单晶的制备和表征(英文)

本文提供了一种应用二步法制备片状纳米氧化锌单晶的实验方法———首先 ,以尿素为沉淀剂宿主 ,以氯化锌、碱式碳酸锌为原料 ,应用均匀沉淀法获得纳米氧化锌的片状纳米级前驱物 ;然后通过控温热分解前驱物制备出片状纳米氧化锌单晶。用扫描电镜观测了制备的ZnO单晶的形貌 ,并通过红外光谱对其进行了表征。结果表明 :实验制备的氧化锌均为无色透明的片状单晶 ,结晶形貌为正六边形、五边形、矩形以及其它不规则形状 ,单晶直径在 30～ 6 0 0 μm之间 ,厚 30～ 6 0nm ;影响纳米氧化锌单晶制备的主要因素是反应物料配比、沉淀剂宿主尿素的浓度(1∶6 )以及反应温度 (70～ 85℃ )。此外 ,乙醇的含量对片状纳米前驱物的形貌影响很大 ,10 %～ 4 0 %的乙醇含量利于形成片状纳米氧化锌单晶。

单晶硅和单晶铝纳米切削过程比较

采用分子动力学模拟方法进行了单晶硅和单晶铝纳米切削过程的比较研究,硅原子间相互作用力采用Tersoff势计算,铝原子间和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算。通过对切削过程中切屑和加工表面、能量和切削力的分析,发现硅发生非晶态相位变换和切屑体积改变,但没有位错和弹性恢复产生;而铝发生的现象却与硅相反。

单晶Pb纳米线及纳米粒子的溶液法制备

采用溶液法制备了较高长径比 (～ 1 0 0 )的铅的均匀纳米线及纳米粒子 ,并对产物进行了 XRD,SEM和 TEM表征 .探讨了反应温度、反应物浓度及还原剂种类对产物成相及形貌的影响 ,初步讨论了铅钠米线的形成机制 .

单晶铜纳米切削过程的研究

采用分子动力学三维模型研究单晶铜纳米切削过程 ,工件原子间相互作用力和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算 .通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、单位切削力和轴向切削力与切向切削力比值 ,发现在整个切削过程中有位错产生 ,在加工表面发生弹性恢复 ,但未发生切屑体积的改变 ,切屑以原子团方式去除 ,单位切削力和轴向切削力与切向切削力的比值比传统切削时大得多 .

类单晶氧化锌纳米棒的制备与表征

用简单的无催化剂、高温热蒸发方法制备氧化锌纳米棒 ,得到了具有良好晶体结构和规则外形的ZnO纳米棒 ,长度为 (1- 5 ) μm ,直径约几十纳米。测量了ZnO纳米棒的光致发光特性。讨论了实验条件对纳米棒生长结果的影响 。

新型Sb_2S_3-Sb_2Se_3与单晶二氧化钛纳米阵列复合结构在太阳能电池领域的应用(英文)

近年来,半导体量子点敏化太阳能电池作为新一代的太阳能电池,引起了广泛的关注.Sb2S3和Sb2Se3量子点由于具有出色的光吸收特性与带隙的可调控性,已成为敏化太阳能电池领域的重要组成部分.通过水热法,二氧化钛(TiO2)单晶纳米阵列被成功生长在FTO导电玻璃上.通过连续离子层吸附法(SILAR),Sb2S3-Sb2Se3复合纳米结构被生长在二氧化钛单晶纳米阵列的表面.利用X射线衍射(XRD)表征Sb2S3和Sb2Se3纳米晶体的晶相,利用扫描电子显微镜(SEM)表征其形貌,发现在这一复合结构中,二氧化钛单晶纳米阵列与Sb2S3结合之后所留下的空隙被Sb2Se3量子点填充,从而提高了结构表面积的利用率.随着连续离子层吸附法反应周期的增加,Sb2S3-Sb2Se3与二氧化钛单晶纳米阵列共同形成复合结构的带隙发生了明显的红移,吸收边在可调控的情况下由1.7 eV向红外波段发生了移动.这种纳米结构的比表面积大、工艺简单、结构致密、沉积速率快、可调控性强,对于今后敏化太阳能电池领域的应用有很大的启发作用.

钛酸铅单晶纳米棒的生长机制和声子特性研究

采用改进熔盐法经一步反应合成了直径50-80nm,长度为1-5μm的单晶PbTiO3纳米棒。纳米棒沿(100)晶向生长,其形成可以用Ostwald成熟机制来解释。PbTiO3纳米棒晶格结构为四方(a=b=3.926,c=3.963),与单晶相比四方性明显下降。通过变温拉曼测试发现其铁电-顺电相变温度为440℃,低于单晶(490℃)。相变过程中“软模”E(1TO)的软化行为(从67 cm-1到56 cm-1)比单晶显著减弱,表明钛酸铅纳米棒中铁电性的弱化。

片状纳米氧化锌单晶的制备和表征

本文提供了一种应用二步法制备片状纳米氧化锌单晶的实验方法———首先,以尿素为沉淀剂宿主,以氯化锌、碱式碳酸锌为原料,应用均匀沉淀法获得纳米氧化锌的片状纳米级前驱物;然后通过控温热分解前驱物制备出片状纳米氧化锌单晶。用扫描电镜观测了制备的ZnO单晶的形貌,并通过红外光谱对其进行了表征;讨论了溶液中生成纳米氧化锌的前驱物的热力学趋势,并对氧化锌制备过程进行了结晶动力学分析。结果表明:实验制备的氧化锌均为无色透明的片状单晶,结晶形貌为正六边形、五边形、矩形以及其它不规则形状,单晶直径在3～30μm之间,厚30～60nm;影响纳米氧化锌单晶制备的主要因素是反应物料配比、沉淀剂宿主尿素的浓度(1∶6)以及反应温度(70～85℃)。此外,乙醇的含量对片状纳米ZnO前驱物的形貌影响很大,过高(>40%)或过低(<10%)的乙醇含量都不利于形成片状纳米氧化锌单晶的前驱物。