林良道[1]2002年在《纳米晶金属银的力学行为与形变机制研究》文中提出纳米晶金属的力学行为(硬度、强度、范性形变等)的研究已经历了近20年，但由于大尺寸且微观晶粒尺寸均匀的样品制备极其困难，迄今所得到的力学性能数据分散，对其形变机制的认识也未达到统一。 本文从用惰性气体蒸发冷凝和真空原位压结法(IGC)制备得到的直径Φ80mm，厚度7.6mm的大尺寸纳米晶金属Ag样品上切割得到符合力学实验要求的拉伸和压缩试样，在MTS810和Zwick精密力学测试机上分别精确测定了拉伸和压缩应力—应变曲线与晶粒尺寸和应变速率的关系。结果表明，纳米晶金属Ag的不仅具有比粗晶Ag高2-6倍的拉伸和压缩强度，而且在大范性形变阶段显示了极低的加工硬化和应变速率敏感性。 结合位错理路和非晶合金形变特征，提出纳米晶金属Ag的塑性变形主要由于晶界滑移贡献。纳米晶Ag的高分辨电镜像(HREM)分析表明，其晶界较宽，原子密度较低，且可能存在非晶结构和旋错结构的叁叉晶界。运用晶界滑移的热激活理论对压缩实验结果进行了数值拟合，拟合曲线与实验数据符合很好，得到了晶界滑移的表观激活体积(热激活基本单位体积与局域瞬态应变的乘积)，约为2500A~3，先当于几十个原子体积大小的瞬态变化，约为非晶合金的10倍以上，与非晶高聚物的表观激活体积相当。 提出了一个球形晶体纯晶界滑移几何模型，得到出现反Hall-Petch关系的条件和小晶粒尺寸条件纳米晶金属材料的强度极限。
聂安民[2]2012年在《高分辨透射电镜下多场耦合加载原位实验研究》文中研究表明本论文以原位透射电镜为手段,对不同维度和尺度的材料的实验方法与力学和电学行为进行了研究。通过在透射电镜中对不同维度材料进行原位多场耦合加载,对材料结构与性能之间关系得到了新的认知。结合非原位和原位手段,探讨了体材料的断裂和形变行为。对于金属银断裂形貌的研究,发现了一种新的断裂特征,即韧窝边缘形成“纳米手指”。实验揭示尺寸效应导致的位错缺乏以及表面效应造成的Rayleigh失稳是形成该奇特微观形貌的根本原因。对该纳米结构,我们进行了原位弯曲和压痕实验,发现室温下形变导致银纳米手指重结晶和孪生的动态行为。利用原位拉伸手段,研究了二维纳晶金属薄膜的断裂和形变行为。对纳晶金属薄膜的断裂过程原位实验研究揭示了原子迁移在其中的重要作用,裂纹扩展通过原子台阶的不断形成和迁移,其驱动力由裂尖应变能提供。实验发现裂尖钝化形成的楔形结构由晶粒取向决定,楔角的大小决定了裂纹扩展的难易程度。在特定晶界结构下,裂纹会发生向晶内扩展的情况。在对纳米金薄膜变形机制研究中,发现拉伸过程中形成金纳米条带的变形机制与晶体取向有密切关系。<001>方向拉伸过程中,滑移是主要的形变机制；<110>方向上的拉伸过程中,形变孪晶主导了金纳米条带的塑性形变；<112>方向上的拉伸过程中观察到了原子台阶沿表面迁移造成的层层剥落方式的断裂机制。发现了金纳米结尺寸造成的FCC到BCT的结构相变,根据变形加载模式,提出了不同于传统Bain机制的模型,并成功用于解释该相变,揭示FCC小尺寸结构中,最小的滑移矢量可以是传统认为的最小矢量的一半。合成制备了一维SnO2、TiO2、CuO、SnO2/TiO2及Sn@CNT核壳纳米结构并对这些一维纳米结构进行了原位操纵和研究。利用原子层沉积方法,提出了一种简单的同质或异质外延方法,可实现低温下制备具有核-壳结构的SnO2/TiO2纳米线。发现当金红石相Ti02外延生长在横截面为长方形的Sn02纳米线(表面由｛10－1｝与｛010｝组成)时,形成截面为八边形的TiO2/SnO2核壳纳米线；当金红石相Ti02外延生长在横截面为八边形的Sn02纳米线(表面由｛100｝与｛110｝组成)时,会共形形成八边形的TiO2/SnO2核壳纳米线。原位观察了SnO2、TiO2和SnO2/TiO2核壳纳米线在电场作用下的断裂行为,该研究揭示了Sn02和TiO2纳米线的在电载荷下的失效机制,不同的键合方式导致了不同的断裂行为,并提出一种原位生成纳米针尖的方法。详细研究了热氧化法下CuO纳米线生长过程,对合成的CuO纳米线进行了原位加热和辐照研究。得到了Cu-Cu2O-CuO体系间相互转化控制条件,并提出了Cu-Cu2O-CuO体系中纳米结构调制有效方法。结合原位通电和辐照手段,实现了双壁碳纳米管的室温下融合。电子束辐照、焦耳热和电致迁移作用导致大的空穴团簇可以在表面重建时较长时间存在,进而大量边缘原子的悬键促进了双壁碳纳米管的室温融合。通过化学沉积方法制备了Sn@CNTs核壳纳米结构,原位地实现了sn在CNT中的纳米输运。实验结果表明,热梯度力是导致了Sn在CNTs中的输运主要原因。
高亚军[3]2012年在《金属纳米线的形变机理研究》文中指出本论文从电子电镀工艺中存在的问题出发,提取内在的科学问题,基于自主开发的大规模纳米仿真平台,通过建立多种不同纳米线的计算模型进行纳米线力学形变机理的研究。本文尝试从纳米线内部和外部两方面因素对纳米线进行研究。一方面详细讨论了纳米线内部结构,如晶向排布、晶界、缺陷等因素对于纳米线形变的影响；另一方面充分考虑到的外部因素包括,纳米线外力载荷的方式,载荷速率,温度等因素对纳米线形变的影响。逐步揭示纳米尺度材料的形变机理,为进一步开展微纳加工技术研究打下基础。1.晶体取向对铜纳米线形变机制的影响选取<100>、<110>、<111>叁种代表性的晶向,通过分子动力学模拟考察单晶铜纳米线在不同温度下拉伸形变行为。采用中心对称参数结构分析法,分析了拉伸过程中纳米线的塑性形变及结构演变。其中,着重研究了拉伸晶向对铜纳米线的杨氏模量以及塑性形变初期的影响。模拟结果表明不同纳米线的各向异性表现明显。在每一个应力应变曲线之后,从位错的角度讨论了纳米线的屈服机理,文中对于纳米线的初期塑性形变的研究将有助于对纳米材料机械性质的进一步理解。此外,我们还研究了温度对纳米线拉伸变形的影响,研究表明<100>铜纳米线的杨氏模量随着温度增加线性地下降,纳米线稳定性降低。2.缺陷对金属纳米线形变机制的影响通过设计含点缺陷、表面缺陷、孔洞缺陷叁种不同模型,研究了含缺陷银纳米线的机械形变行为。采用中心对称参数法分析了拉伸过程中纳米线的结构演变。对于点缺陷的模型,我们着重研究了不同缺陷率,拉伸速率和系统温度下纳米线的弹性形变行为。其次,我们还发现表面缺陷对纳米线屈服应力的影响显着。最后,本章重点研究了封闭孔洞缺陷对纳米线拉伸形变的影响。通过设计不同尺寸的球形孔洞缺陷,配合不同拉伸晶向,结合拱形结构受力以及泊松侧向压缩效应加以分析,探讨了孔洞大小对纳米线强度的影响、位错滑移的形变机制。研究表明不同晶向纳米线受孔洞缺陷影响的程度不一样。3.孪晶界对金属纳米线形变机制的影响通过分子动力学方法研究了孪晶界强化银纳米线的机械形变行为。分为两个部分研究孪晶界对于纳米线拉伸和扭转形变行为的影响。前一部分主要研究了五重孪晶银纳米线的拉伸和扭转形变行为。文中以<110>单晶银纳米线拉伸和扭转形变作为对照研究,研究结果表明五重孪晶银纳米线相比<110>单晶纳米线具有更好的弹性性能,五重孪晶的塑性形变机理与断裂行为也明显不同于单晶纳米线。特别地,文中还着重介绍五重孪晶纳米线具有完全不同的扭转形变机理与拉伸形变机理。后一部分主要设计了截面为矩形的(111)孪晶纳米线以及多晶面孪晶纳米线这两种孪晶纳米线模型。研究发现孪晶界使得纳米线强度变大,而且孪晶厚度越小,强化效应越明显。对孪晶界强化纳米线形变研究,将有助于我们了解具有特殊功能结构以及表面形态的纳米线,以便于更好的实验与应用研究。4.叁维纳米晶的模拟与单晶纳米线的扭转研究本文最后一章主要讨论了基于纳米线体系的其它分子动力学模拟。分为两个部分,前一部分初步研究了多晶纳米线的微观结构及其机械性能,为进一步联系电镀工艺研究打下基础。通过Voronoi方法构造了较为符合实际物理特征的多晶银几何结构,在低温驰豫下利用径向分布函数、原子能量两种方法分析了纳米多晶的微观结构。在一定拉伸速度下对驰豫后的纳米多晶进行低温拉伸性能模拟,并与单晶银纳米线、实验结果相对照,验证了多晶纳米线反Hall-Petch现象；研究还表明多晶银纳米线的塑性形变与晶界的活动有关。为全面理解复杂载荷下的纳米线形变,后一部分尝试探讨了<100>单晶纳米线在扭转载荷作用下的形变行为。本部分首先分析了扭转速率、纳米线横截面尺寸以及温度等因素对临界扭转角的影响。模拟结果表明不同的扭转速率会导致的不同的形变方式。在低扭转速率下,纳米线的能量曲线波动特点明显,主要以位错滑移形变为主,而在高速扭转下,纳米线的能量曲线并无明显的周期摆动特点,位图中发现纳米线中出现局域非晶。
周宇松[4]1999年在《大尺寸纳米金属银和纳米金属钨块材的制备与力学性能研究》文中研究说明采用惰性气体冷凝和真空原位温压技术在自行研制的设备上制备成功大尺寸清洁界面纳米金属银致密块材,研究了其微空隙和力学性能(包括显微硬度,拉伸和压缩性能),得到如下主要结果: 1) 采用惰性气体冷凝和真空原位温压技术制备成功当前国际上最大尺寸的清洁界面纳米金属银致密块材,其直径为80mm,厚度为7.8mm;平均晶粒尺寸为50nm;密度为其理论密度的97%。 2) 大尺寸纳米金属银块材中微空隙的孔径尺寸在16.5至18nm范围,微空隙数量极少。 3) 大尺寸纳米银块体的室温显微硬度为0.9GPa,是多晶粗晶银的2倍,显示高硬度特征。 4) 大尺寸纳米金属银的室温拉伸屈服强度和抗拉强度分别为80和169MPa,分别是典型多晶粗晶银的1.51和11.3倍,显示出高强度特征;拉伸延伸率约为3.58%,显示出较好的延性;拉伸形变硬化可分叁个阶段:第一阶段的快速硬化阶段、第二阶段的稳定硬化阶段和第叁阶段的抛物线形硬化阶段。叁个阶段的形变硬化指数分别为0.257、0.199和0.110。当真应变大于3.35%时,纳米金属银开始呈现形变软化现象。 5) 大尺寸纳米金属银的室温压缩屈服强度在200-280MPa之间,是铸造多晶粗晶银的4-5倍;压缩率大于68%,显示出良好的压缩塑性形变能力;室温压缩屈服强度随着压缩应变速率的增大而提高,而对压缩试样的高度直径比并不敏感。
董新龙, 虞吉林, 王礼立[5]2001年在《银纳米晶体材料的冲击特性》文中研究说明文中着重对银纳米晶块体材料进行了静态和动态力学性能的试验研究,该大尺寸的银纳米晶体材料是由惰性气体冷凝和真空原位温压法制备,其相对密度为96%,平均晶粒度为50nm,具有界面清洁、空隙数量小的特点.试验结果表明:动态压缩屈服极限高达静态的1.5倍,具有明显的率硬化效应;动态下弹性模量也比静态高,分析认为:对该纳米材料的宏观弹性性能可用粘弹性描述.
参考文献：
[1]. 纳米晶金属银的力学行为与形变机制研究[D]. 林良道. 浙江大学. 2002
[2]. 高分辨透射电镜下多场耦合加载原位实验研究[D]. 聂安民. 浙江大学. 2012
[3]. 金属纳米线的形变机理研究[D]. 高亚军. 南京大学. 2012
[4]. 大尺寸纳米金属银和纳米金属钨块材的制备与力学性能研究[D]. 周宇松. 浙江大学. 1999
[5]. 银纳米晶体材料的冲击特性[C]. 董新龙, 虞吉林, 王礼立. 第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集. 2001
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