计算机在材料表征方面的应用,计算机模拟在纳米材料研究中的应用

纳米材料的结构是由晶粒、非晶和准晶等颗粒主元和界面主元构成的。对其结构分析主要是描述纳米晶相结构、界面结构及其缺陷种类和数量等关系圈。目前常用途径有利用欧几里德几何体视学,可以获得材料规则状态的微观结构、平均颗粒直径及其分布状态的统计信息训而对于不规则的几何特征组元如晶界、位错等,则需采用分形几何来描述,并结合计算机图形学显示纳米材料的微观结构特征。分布函数理论是从统计的角度描述材料结构的理论,限于计算数学的水平,只有描述双粒子位形的径向分布函数理论应用比较广泛间。对分析技术是用原子对成键关系及其周围共有原子间的成键关系描述材料结构的一种方法,常采用4个参数键对来描述原子局域结构图。

利用分布函数理论模拟计算纳米的径向分布函数,结果纳米晶体和单晶在径向分布函数上有差别。当界面原子间距小于颗粒的半径时,纳米晶体径向分布函数类似多晶,但其全双体分布函数峰的幅度随原子间距单调下降,而单晶却是起伏变化的。当界面原子间距大于颗粒的半径时,纳米晶体的径向分布函数却与非晶类似,由此得出纳米材料的界面有序是有条件的。随着晶粒尺寸的减小,纳米晶体的晶粒和晶界密度降低,而晶粒和晶界内的能量增加。当晶粒尺寸小到一定尺寸以下,纳米晶体的晶格产生畸变。

5.2在纳米材料力学性能研究的应用

目前,纳米材料力学性能计算机模拟研究已涉及到力学性能的各个方面,如纳米材料的弹性模量、拉伸行为、超塑性等特性,此方面的研究是计算机模拟技术应用比较活跃的领域。计算机模拟、实验和理论研究均发现纳米材料的力学性能偏离经典力学规律。

弹性模量反映材料的原子间结合力的大小,结合力越大则弹性模量越大。常明等采用分子动力学模拟研究了纳米Fe,其弹性模量减少了或更小并随着晶粒尺寸的减小30%或更小,并随晶粒尺寸的减小纳米晶体的弹性模量明显地降低。胡慧芳等国采用紧束缚模型模拟研究了纳米Ni和Ag的弹性模量也发现有所下降。模拟结果和实验结果是一致的。

拉伸性能是反映材料受外力时其内部结构形变的行为。肖慎修利用分子动力学和嵌人原子势模拟研究了纳米Cu在拉伸时的位错移动过程和形变过程,不同边界约束对铜单晶的内部原子运动和整体力学行为有明显影响:纳米铜线、纳米铜薄膜良好的延性主要来源于位错运动,纳米铜块体的破坏源于内部孔洞的发展。Schiotz采用分子动力学模拟了纳米Cu拉伸过程,发现随着晶粒尺寸的减小,屈服应力降低,即应力与晶粒尺寸呈现负的一关系。

超塑性是指在一定应力下拉伸时能够产生最大伸长量的行为。Agostino模拟研究了纳

    原文作者:美人瑜妈咪
    原文地址: https://blog.csdn.net/weixin_35653388/article/details/118454247
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