不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

孙倩 杨熊博 高亚军 赵健伟

引用本文: 孙倩, 杨熊博, 高亚军, 赵健伟. 不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2014, 30(11): 2015-2023. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409101 shu
Citation:  SUN Qian, YANG Xiong-Bo, GAO Ya-Jun, ZHAO Jian-Wei. Molecular Dynamics Simulation of the Deformation Behavior of Ag Nanowires with Different Twin Boundary Density under Tension Loading[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(11): 2015-2023. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409101 shu

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21273113, 21121091) (21273113, 21121091)

    国家科技支撑计划项目(2012BAF03B05)资助 (2012BAF03B05)

摘要:

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为, 分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响. 在弹性形变区域, 孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显. 在塑性形变阶段, 首先从表面边缘开始产生位错成核, 然后延伸并受阻于孪晶界. 在进一步拉伸载荷作用下, 孪晶界将作为位错源产生新的位错. 模拟结果表明, 银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关. 孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时, 此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小, 只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1), 孪晶界使得纳米线得到强化. 综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响, 为构建高强度金属纳米线打下基础. 最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响, 随着温度的升高, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定; 当拉伸速度逐渐增大, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.

English

    1. [1]

      (1) Sun,W.; Zhang, J. J.; Zhao, J.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1931. [孙玮, 张晋江, 赵健伟. 物理化学学报, 2013, 29, 1931.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305311

      (1) Sun,W.; Zhang, J. J.; Zhao, J.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1931. [孙玮, 张晋江, 赵健伟. 物理化学学报, 2013, 29, 1931.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305311

    2. [2]

      (2) Branicio, P. S.; Rino, J. P. Phys. Rev. B 2000, 62, 16950. doi: 10.1103/PhysRevB.62.16950(2) Branicio, P. S.; Rino, J. P. Phys. Rev. B 2000, 62, 16950. doi: 10.1103/PhysRevB.62.16950

    3. [3]

      (3) Ikeda, H.; Qi, Y.; Cagin, T.; Samwer, K.; Johnson,W. L.; ddard,W. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 2900. doi: 10.1103/PhysRevLett.82.2900(3) Ikeda, H.; Qi, Y.; Cagin, T.; Samwer, K.; Johnson,W. L.; ddard,W. A. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 2900. doi: 10.1103/PhysRevLett.82.2900

    4. [4]

      (4) Christ, A.; Zentgraf, T.; Kuhl, J.; Tikhodeev, S.; Gippius, N.; Giessen, H. Phys. Rev. B 2004, 70, 125113. doi: 10.1103/PhysRevB.70.125113(4) Christ, A.; Zentgraf, T.; Kuhl, J.; Tikhodeev, S.; Gippius, N.; Giessen, H. Phys. Rev. B 2004, 70, 125113. doi: 10.1103/PhysRevB.70.125113

    5. [5]

      (5) Gülseren, O.; Ercolessi, F.; Tosatti, E. Phys. Rev. B 1995, 51, 7377. doi: 10.1103/PhysRevB.51.7377(5) Gülseren, O.; Ercolessi, F.; Tosatti, E. Phys. Rev. B 1995, 51, 7377. doi: 10.1103/PhysRevB.51.7377

    6. [6]

      (6) Lai, S.; Guo, J.; Petrova, V.; Ramanath, G.; Allen, L. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 99. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.99(6) Lai, S.; Guo, J.; Petrova, V.; Ramanath, G.; Allen, L. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 99. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.99

    7. [7]

      (7) Alexandrov, A. S.; Kabanov, V. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 076601. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.076601(7) Alexandrov, A. S.; Kabanov, V. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 076601. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.076601

    8. [8]

      (8) Zhao, J.W.;Wang, F. Y.; Jiang, L. Y.; Yin, X.; Liu, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1835. [赵健伟, 王奋英, 蒋璐芸,尹星, 刘云红. 物理化学学报, 2009, 25, 1835.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090909(8) Zhao, J.W.;Wang, F. Y.; Jiang, L. Y.; Yin, X.; Liu, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1835. [赵健伟, 王奋英, 蒋璐芸,尹星, 刘云红. 物理化学学报, 2009, 25, 1835.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090909

    9. [9]

      (9) Tian, M. L.;Wang, J. U.; Kurtz, J.; Mallouk, T. E.; Chan, M. H. W. Nano. Lett. 2003, 3, 919. doi: 10.1021/nl034217d(9) Tian, M. L.;Wang, J. U.; Kurtz, J.; Mallouk, T. E.; Chan, M. H. W. Nano. Lett. 2003, 3, 919. doi: 10.1021/nl034217d

    10. [10]

      (10) Wang, J.; Tian, M.; Mallouk, T. E.; Chan, M. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 841. doi: 10.1021/jp035068q(10) Wang, J.; Tian, M.; Mallouk, T. E.; Chan, M. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 841. doi: 10.1021/jp035068q

    11. [11]

      (11) Lu, K.; Lu, L.; Suresh, S. Science 2009, 324, 349. doi: 10.1126/science.1159610(11) Lu, K.; Lu, L.; Suresh, S. Science 2009, 324, 349. doi: 10.1126/science.1159610

    12. [12]

      (12) Lu, L.; Sui, M.; Lu, K. Science 2000, 287, 1463. doi: 10.1126/science.287.5457.1463(12) Lu, L.; Sui, M.; Lu, K. Science 2000, 287, 1463. doi: 10.1126/science.287.5457.1463

    13. [13]

      (13) Lu, L.; Shen, Y. F.; Chen, X. H.; Qian, L. H.; Lu, K. Science 2004, 304, 422. doi: 10.1126/science.1092905(13) Lu, L.; Shen, Y. F.; Chen, X. H.; Qian, L. H.; Lu, K. Science 2004, 304, 422. doi: 10.1126/science.1092905

    14. [14]

      (14) Lu, L.; Chen, X.; Huang, X.; Lu, K. Science 2009, 323, 607. doi: 10.1126/science.1167641(14) Lu, L.; Chen, X.; Huang, X.; Lu, K. Science 2009, 323, 607. doi: 10.1126/science.1167641

    15. [15]

      (15) Zhong, S.; Koch, T.;Wang, M.; Scherer, T.;Walheim, S.; Hahn, H.; Schimmel, T. Small 2009, 5, 2265. doi: 10.1002/smll.v5:20(15) Zhong, S.; Koch, T.;Wang, M.; Scherer, T.;Walheim, S.; Hahn, H.; Schimmel, T. Small 2009, 5, 2265. doi: 10.1002/smll.v5:20

    16. [16]

      (16) Marszalek, P. E.; Greenleaf,W. J.; Li, H.; Oberhauser, A. F.; Fernandez, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000, 97, 6282. doi: 10.1073/pnas.97.12.6282(16) Marszalek, P. E.; Greenleaf,W. J.; Li, H.; Oberhauser, A. F.; Fernandez, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000, 97, 6282. doi: 10.1073/pnas.97.12.6282

    17. [17]

      (17) Wu, B.; Heidelberg, A.; Boland, J. J. Nat. Mater. 2005, 4, 525. doi: 10.1038/nmat1403(17) Wu, B.; Heidelberg, A.; Boland, J. J. Nat. Mater. 2005, 4, 525. doi: 10.1038/nmat1403

    18. [18]

      (18) Greer, J. R.; Oliver,W. C.; Nix,W. D. Acta Mater. 2005, 53, 1821. doi: 10.1016/j.actamat.2004.12.031(18) Greer, J. R.; Oliver,W. C.; Nix,W. D. Acta Mater. 2005, 53, 1821. doi: 10.1016/j.actamat.2004.12.031

    19. [19]

      (19) Frøseth, A.; Van Swygenhoven, H.; Derlet, P. Acta Mater. 2004, 52, 2259. doi: 10.1016/j.actamat.2004.01.017(19) Frøseth, A.; Van Swygenhoven, H.; Derlet, P. Acta Mater. 2004, 52, 2259. doi: 10.1016/j.actamat.2004.01.017

    20. [20]

      (20) Frøseth, A.; Derlet, P.; Van Swygenhoven, H. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 5863. doi: 10.1063/1.1835531(20) Frøseth, A.; Derlet, P.; Van Swygenhoven, H. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 5863. doi: 10.1063/1.1835531

    21. [21]

      (21) Yang, Z. Y.; Lu, Z. X.; Zhao, Y. P. J. Appl. Phys. 2009, 106, 023537. doi: 10.1063/1.3186619(21) Yang, Z. Y.; Lu, Z. X.; Zhao, Y. P. J. Appl. Phys. 2009, 106, 023537. doi: 10.1063/1.3186619

    22. [22]

      (22) Yang, Z. Y.; Lu, Z. X.; Zhao, Y. P. Comput. Mater. Sci. 2009, 46, 142. doi: 10.1016/j.commatsci.2009.02.015(22) Yang, Z. Y.; Lu, Z. X.; Zhao, Y. P. Comput. Mater. Sci. 2009, 46, 142. doi: 10.1016/j.commatsci.2009.02.015

    23. [23]

      (23) Frøseth, A.; Derlet, P.; Van Swygenhoven, H. Scripta. Mater. 2006, 54, 477.(23) Frøseth, A.; Derlet, P.; Van Swygenhoven, H. Scripta. Mater. 2006, 54, 477.

    24. [24]

      (24) Yamakov, V.;Wolf, D.; Phillpot, S.; Gleiter, H. Acta Mater. 2003, 51, 4135. doi: 10.1016/S1359-6454(03)00232-5(24) Yamakov, V.;Wolf, D.; Phillpot, S.; Gleiter, H. Acta Mater. 2003, 51, 4135. doi: 10.1016/S1359-6454(03)00232-5

    25. [25]

      (25) Jin, Z. H.; Gumbsch, P.; Ma, E.; Albe, K.; Lu, K.; Hahn, H.; Gleiter, H. Scripta. Mater. 2006, 54, 1163. doi: 10.1016/j.scriptamat.2005.11.072(25) Jin, Z. H.; Gumbsch, P.; Ma, E.; Albe, K.; Lu, K.; Hahn, H.; Gleiter, H. Scripta. Mater. 2006, 54, 1163. doi: 10.1016/j.scriptamat.2005.11.072

    26. [26]

      (26) Cao, A.;Wei, Y. Phys. Rev. B 2006, 74, 214108. doi: 10.1103/PhysRevB.74.214108(26) Cao, A.;Wei, Y. Phys. Rev. B 2006, 74, 214108. doi: 10.1103/PhysRevB.74.214108

    27. [27]

      (27) Cao, A.;Wei, Y. J. Appl. Phys. 2007, 102, 083511. doi: 10.1063/1.2794884(27) Cao, A.;Wei, Y. J. Appl. Phys. 2007, 102, 083511. doi: 10.1063/1.2794884

    28. [28]

      (28) Afanasyev, K. A.; Sansoz, F. Nano Lett. 2007, 7, 2056. doi: 10.1021/nl070959l(28) Afanasyev, K. A.; Sansoz, F. Nano Lett. 2007, 7, 2056. doi: 10.1021/nl070959l

    29. [29]

      (29) Zhang, Y. F.; Huang, H. C. Nanoscale Res. Lett. 2009, 4, 34. doi: 10.1007/s11671-008-9198-1(29) Zhang, Y. F.; Huang, H. C. Nanoscale Res. Lett. 2009, 4, 34. doi: 10.1007/s11671-008-9198-1

    30. [30]

      (30) Zhang, J.; Xu, F.; Yan, Y.; Sun, T. Chin. Sci. Bull. 2013, 58, 684. doi: 10.1007/s11434-012-5575-3(30) Zhang, J.; Xu, F.; Yan, Y.; Sun, T. Chin. Sci. Bull. 2013, 58, 684. doi: 10.1007/s11434-012-5575-3

    31. [31]

      (31) Yuan, L.; Jing, P.; Liu, Y. H.; Xu, Z. H.; Shan, D. B.; Guo, B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 63, 1. [袁林, 敬鹏, 刘艳华,徐振海, 单德彬, 郭斌. 物理化学学报, 2014, 63, 1.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201311263(31) Yuan, L.; Jing, P.; Liu, Y. H.; Xu, Z. H.; Shan, D. B.; Guo, B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 63, 1. [袁林, 敬鹏, 刘艳华,徐振海, 单德彬, 郭斌. 物理化学学报, 2014, 63, 1.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201311263

    32. [32]

      (32) Gao, Y.; Fu, Y.; Sun,W. Comput. Mater. Sci. 2012, 55, 322. doi: 10.1016/j.commatsci.2011.11.005(32) Gao, Y.; Fu, Y.; Sun,W. Comput. Mater. Sci. 2012, 55, 322. doi: 10.1016/j.commatsci.2011.11.005

    33. [33]

      (33) Hoover,W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695. doi: 10.1103/PhysRevA.31.1695(33) Hoover,W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695. doi: 10.1103/PhysRevA.31.1695

    34. [34]

      (34) Nosé, S. J. Chem. Phys 1984, 81, 511. doi: 10.1063/1.447334(34) Nosé, S. J. Chem. Phys 1984, 81, 511. doi: 10.1063/1.447334

    35. [35]

      (35) Daw, M. S.; Baskes, M. I. Phys. Rev. Lett. 1983, 50, 1285. doi: 10.1103/PhysRevLett.50.1285(35) Daw, M. S.; Baskes, M. I. Phys. Rev. Lett. 1983, 50, 1285. doi: 10.1103/PhysRevLett.50.1285

    36. [36]

      (36) Zhao, J.W.; Yin, X.; Liang, S.; Liu, Y. H.;Wang, D. X.; Deng, S. Y.; Hou, J. Chem. Res. Chin. Univ. 2008, 24, 367. doi: 10.1016/S1005-9040(08)60077-X(36) Zhao, J.W.; Yin, X.; Liang, S.; Liu, Y. H.;Wang, D. X.; Deng, S. Y.; Hou, J. Chem. Res. Chin. Univ. 2008, 24, 367. doi: 10.1016/S1005-9040(08)60077-X

    37. [37]

      (37) Liu, Y.; Zhao, J.;Wang, F. Phys. Rev. B 2009, 80, 115417. doi: 10.1103/PhysRevB.80.115417(37) Liu, Y.; Zhao, J.;Wang, F. Phys. Rev. B 2009, 80, 115417. doi: 10.1103/PhysRevB.80.115417

    38. [38]

      (38) Wang, D.; Zhao, J.; Hu, S.; Yin, X.; Liang, S.; Liu, Y.; Deng, S. Nano Lett. 2007, 7, 1208. doi: 10.1021/nl0629512(38) Wang, D.; Zhao, J.; Hu, S.; Yin, X.; Liang, S.; Liu, Y.; Deng, S. Nano Lett. 2007, 7, 1208. doi: 10.1021/nl0629512

    39. [39]

      (39) Wang, F.; Gao, Y.; Zhu, T.; Zhao, J. Nanoscale Res . Lett. 2011, 6, 1.(40) Zhao, J.; Murakoshi, K.; Yin, X.; Kiguchi, M.; Guo, Y.;Wang, N.; Liang, S.; Liu, H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 20088. doi: 10.1021/jp8055448(39) Wang, F.; Gao, Y.; Zhu, T.; Zhao, J. Nanoscale Res . Lett. 2011, 6, 1.(40) Zhao, J.; Murakoshi, K.; Yin, X.; Kiguchi, M.; Guo, Y.;Wang, N.; Liang, S.; Liu, H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 20088. doi: 10.1021/jp8055448

    40. [40]

      (41) Wang, F.; Sun,W.;Wang, H.; Zhao, J.; Kiguchi, M.; Sun, C. J. Nanopart. Res. 2012, 14, 1.(42) Cao, A.;Wei, Y.; Mao, S. X. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 151909. doi: 10.1063/1.2721367(41) Wang, F.; Sun,W.;Wang, H.; Zhao, J.; Kiguchi, M.; Sun, C. J. Nanopart. Res. 2012, 14, 1.(42) Cao, A.;Wei, Y.; Mao, S. X. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 151909. doi: 10.1063/1.2721367

    41. [41]

      (43) Deng, C.; Sansoz, F. Phys. Rev. B 2010, 81, 155430. doi: 10.1103/PhysRevB.81.155430(43) Deng, C.; Sansoz, F. Phys. Rev. B 2010, 81, 155430. doi: 10.1103/PhysRevB.81.155430

    42. [42]

      (44) Wang, J.; Li, N.; Anderoglu, O.; Zhang, X.; Misra, A.; Huang, J.; Hirth, J. Acta Mater. 2010, 58, 2262. doi: 10.1016/j.actamat.2009.12.013(44) Wang, J.; Li, N.; Anderoglu, O.; Zhang, X.; Misra, A.; Huang, J.; Hirth, J. Acta Mater. 2010, 58, 2262. doi: 10.1016/j.actamat.2009.12.013

    43. [43]

      (45) Wang, Y. D.; Liu,W.; Lu, L.; Ren, Y.; Nie, Z. H.; Almer, J.; Cheng, S.; Shen, Y. F.; Zuo, L.; Liaw, P. K. Adv. Eng. Mater. 2010, 12, 906. doi: 10.1002/adem.201000123(45) Wang, Y. D.; Liu,W.; Lu, L.; Ren, Y.; Nie, Z. H.; Almer, J.; Cheng, S.; Shen, Y. F.; Zuo, L.; Liaw, P. K. Adv. Eng. Mater. 2010, 12, 906. doi: 10.1002/adem.201000123

    44. [44]

      (46) Li, X.;Wei, Y.; Lu, L.; Lu, K.; Gao, H. Nature 2010, 464, 877. doi: 10.1038/nature08929(46) Li, X.;Wei, Y.; Lu, L.; Lu, K.; Gao, H. Nature 2010, 464, 877. doi: 10.1038/nature08929

    45. [45]

      (47) Deng, C.; Sansoz, F. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 091914. doi: 10.1063/1.3222936(47) Deng, C.; Sansoz, F. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 091914. doi: 10.1063/1.3222936

    46. [46]

      (48) Wei, Y. Mater. Sci. Eng. A 2011, 528, 1558. doi: 10.1016/j.msea.2010.10.072(48) Wei, Y. Mater. Sci. Eng. A 2011, 528, 1558. doi: 10.1016/j.msea.2010.10.072

    47. [47]

      (49) Cao, A.; Ma, E. Acta Mater. 2008, 56, 4816. doi: 10.1016/j.actamat.2008.05.044(49) Cao, A.; Ma, E. Acta Mater. 2008, 56, 4816. doi: 10.1016/j.actamat.2008.05.044

    48. [48]

      (50) Gao, Y.;Wang, H.; Zhao, J.; Sun, C.;Wang, F. Comput. Mater. Sci. 2011, 50, 3032. doi: 10.1016/j.commatsci.2011.05.023(50) Gao, Y.;Wang, H.; Zhao, J.; Sun, C.;Wang, F. Comput. Mater. Sci. 2011, 50, 3032. doi: 10.1016/j.commatsci.2011.05.023

    49. [49]

      (51) You, Z.; Lu, L.; Lu, K. Scripta. Mater. 2010, 62, 415. doi: 10.1016/j.scriptamat.2009.12.002

      (51) You, Z.; Lu, L.; Lu, K. Scripta. Mater. 2010, 62, 415. doi: 10.1016/j.scriptamat.2009.12.002

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  564
  • 文章访问数:  812
  • HTML全文浏览量:  25
文章相关
  • 发布日期:  2014-10-30
  • 收稿日期:  2014-06-25
  • 网络出版日期:  2014-09-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章