纳米铜丝尺寸效应的分子动力学模拟

1、 维普资讯 第 期 粱海 弋 等 ： 纳米 铜丝 尺寸 效 应 的分子 动 力 学模 拟 对于不 考虑 表面 效应 的大截面单 晶铜 丝，近似有 故 ， 代入 弹性常数 ， 到 由图 可知 随着截面 尺寸 的增 大，纳米丝 初始弹性模量接 得 近 理 论 值 为 了解释 图 中拉伸模 量 的软 化现 象，我 们先 讨 论无限大理想 晶体在拉 、压 情况下拉 仲模 量 的变 化 规律 如 图 造 构 的理想 点阵， ， 方 向采用 周 期边 界 条件 ，沿 向 进行 拉伸、压缩 的分子动 力学模拟 拟 时保 证 ， 方向应 力 为零，逮接 近截面 较大 的纳米 铜 模 丝（ 可忽略 表面原 子作

2、用） 伸时两 侧 自由表面 法 向应 力 为零 的情 况计算 结果 （ 表 明理 拉 图 ） 想 无 限大 晶体 铜 的拉伸弹性模 量除 开始 略有提高 外基本保 持不变，而压缩模 量随 压力增大 迅速 降低 注意 到 自由弛豫态 下，纳 米丝沿 向存在外 拉内 匪的本征应力 ，且截面 尺寸越小 则 内压应 力越 大根据 图 中所示 的弹性模 量与拉 压应 力 的关 系，可 以知道 纳米丝截 面减小导 致 内压应 力增大是初 始模量 软化程度提 高的根源 此 外注意到表 面原 子弹性 常 数畸变 对纳米 丝整体拉 伸 模量没有 明显影 响 根据 图 我们可 以理解 图 中应 力 一 应变 曲线

3、 初始弯 曲段的形成 随着外界 拉应力逐步 增 大，纳米丝 内部压应 力减小，从 而纳米 丝拉伸模 量提高 当内部原 子应 力为正值 后，图 中曲 线斜 率不 再 明显变 化 结 论 自 由弛 豫态 下 ， 由于 表 面 原 子 弛 豫 导致 纳 米 铜 丝 存 在 本 征 应 力 ， 从而 纳 米 铜 丝 具 有 一 些 独 特 的性能： （ 纳米 丝截面越 小，需要 施加更 大 的应 力 以抵消 内部 压应力，因 此届服应 力 （ ） 应变 随截 面 的减小而提 高此外，大截面尺寸纳 米丝 中位错 出现 的几率 增大，也可能是 屈服强度 （ 应变） 随 截 面 尺 寸 增 大而 降低 的重

4、 要 原 因 （） 纳米 丝初始 弹性模 量存在 软化现象 ，其根源 在于 内部原 子受 压导致 弹性 模 量降低 纳 米 丝 初 始 弹 性 模 量 软 化 程 度 随 截 面 尺 寸 的增 加 而 减 弱 （） 纳米丝 初始拉伸模 量较小 ，随着应 变 的增 大，拉伸弹性 模量逐 渐提高 并趋于稳 定 参 考 文 蘸 结构破坏的尺度率 力学进展， ， ： （ ， 既 ￥ （） ， （） ） ， ： （ ） ， （） ： ， ） （ ： ， ， ， ： ， ： 咖 ， （ ： ， ） 蛔 ： ， ， 。 ， （ ： 、 ） 维普资讯 力 学 学 报 年 第 卷 ， ， ： （） （ ： ） ， ， 、 ： ： 周国辉，周富信，万发荣等 液体金属吸附促进位错发射的分子动力学研究力学学报， ， ： （） （ ， ， ， ） ） ， ： （ ） 丁家 强， 陈臻 英 纳米 铁 热力学性 质 的分子动 力学计 算 力学 学报 ， ， ： （ ， （） ， ， ： ） （） ） ， 威 （ （） ： ： ， ， ： 。 ， ： 鹂 ， ： ： ” ， ） （： ， ： ， ，： ， ， （） ： ） （ ， ， （ ， ： ， ； 妇 ， ） （ ） 维普资讯 第 期 粱 海