纳米团簇的结构和相变及纳米线断裂机理的理论研究

论文题目: 纳米团簇的结构和相变及纳米线断裂机理的理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 刘洪海

导师: 姜恩永

关键词: 纳米团簇,生长路径,表面原子,表面熔化,金纳米线,断裂,晶格取向

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 纳米材料由于其所表现出来的奇异的物理、化学性质以及潜在的应用前景而引起了广泛的关注。纳米材料中两个突出的代表,原子(或分子)团簇和金属纳米线,作为连接宏观和微观材料的桥梁,各自具有不同的物理和化学性质,因而吸引着众多的研究者。在本论文中,我们主要做了以下研究工作:1以分子动力学的计算机模拟方法为基础,提出了一种虚拟探针的方法,并用它来研究团簇的生长过程。在研究中,我们发现了团簇在生长过程中出现的生长路径的分裂与合并的现象,揭示了为何包含某种特定原子数目的团簇在质谱分析实验中具有较高的丰度。2对团簇表面原子给出了一个明确的定义。提出了准确划分团簇表面原子和内部原子的理论模型数学依据,为在计算机模拟过程中识别团簇的表面原子及其壳层结构提供了一个可行的数学物理方法。利用此定义,我们发现原子层对于团簇的内部结构存在压缩作用,原子层数越多,对内部原子结构的压缩效果越明显。这种压缩效应解释了为何小团簇更趋向于呈现出具有近似的球形对称的正二十面体型结构。3我们研究了由于团簇表面顶点处原子的迁移所引起的表面熔化现象,扩展了对于小团簇表面熔化机理的认识。发现了在受到初始扰动的LJ147团簇中存在的集体振荡现象。在结构弛豫过程中,集体振荡模式会逐渐转变为团簇内原子的无规热运动,并且,随着初始扰动强度的增大,由集体振荡模式向无规热运动方式转变的速度加快。4利用经典分子动力学方法,对<110>取向Au纳米线分别在恒定作用力和不同温度下,以及恒定温度和不同拉力作用下的断裂微观过程进行了研究。发现在恒定拉力作用下,Au纳米线发生断裂的时间随着温度的降低而逐渐增加;在恒定温度下,随着拉力的增加,纳米线的断裂时间逐渐变短。研究中发现了由拉力引起的Au纳米线的晶格取向由<110>方向到<100>方向的转变现象。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 概论

1.2 纳米团簇的生长方式及幻数团簇的理论研究现状

1.2.1 纳米团簇的结构的获取方法——全局最优化方法

1.2.2 团簇生长序列的研究现状

1.2.3 幻数团簇的出现及幻数团簇的性质

1.3 团簇的表面熔化现象的研究现状

1.3.1 团簇的热力学性质及其相变

1.3.2 团簇的表面熔化现象

1.4 金属纳米线的结构及力学性质的研究现状

1.5 本论文的选题及意义

第二章纳米团簇生长机制的研究

2.1 引言

2.2 团簇长大的机制

2.3 计算方法

2.4 用虚拟探针的方法研究团簇长大的过程

2.5 团簇生长序列中的幻数

2.6 团簇生长路径的合并与分裂现象

2.7 本章小结

第三章团簇壳层结构的划分与性质研究

3.1 引言

3.2 团簇表面原子的判定

3.3 团簇的原子层结构对团簇的结构及能量的影响

3.4 本章小结

第四章 Lennard-Jones团簇中与壳层结构相关的热力学性质研究

4.1 引言

4.2 147 原子Lennard-Jones团簇的表面熔化

4.2.1 计算方法

4.2.2 结果与讨论

4.3 LJ147 团簇中原子的集体振荡

4.3.1 研究方案

4.3.2 计算结果及讨论

4.3.3 LJ147 团簇集体振荡产生的机理

4.4 本章小结

第五章 Au 纳米线的断裂过程和机理研究

5.1 引言

5.2 计算过程

5.2.1 原子间作用势模型

5.2.2 计算原理及过程

5.3 计算结果与分析

5.3.1 在不同温度下以恒定拉力作用时Au 纳米线的断裂现象研究

5.3.2 在温度恒定条件下不同拉力作用时Au 纳米线的断裂机理

5.4 对Au 纳米线断裂过程和机理的进一步讨论

5.5 本章小结

第六章结论

参考文献

攻读博士学位期间完成的学术论文

附录

致谢

发布时间: 2007-07-10

参考文献

[1].白云母表面原子层疲劳研究[D]. 杨柳.上海交通大学2014

纳米团簇的结构和相变及纳米线断裂机理的理论研究

猜你喜欢