非接触铜-铝纳米薄膜相互作用特性的分子动力学研究

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近年来随着微/纳米技术的不断发展,微/纳器件的运用越来越广泛。由于尺度效应的存在,当器件的尺寸缩小到微米或者纳米量级时,许多宏观条件下的物理量都会发生很大的变化,表现出微观尺度下特有的现象和规律。一些宏观条件下可以被忽略的力比如范德华力和Casimir力在微/纳系统中却显得非常重要,在这些力的作用下,微/纳器件很容易发生粘附以及摩擦磨损现象,探索微尺度下界面之间的作用机制以及能量耗散模式,对于提高微/纳器件的稳定性和使用寿命有着重要的指导意义。   本文利用分子动力学方法模拟了非接触铜-铝纳米薄膜之间的相互作用特性,取得了一些有益的结果:   首先,在分子动力学软件中建立非接触铜-铝纳米薄膜模型,研究了两薄膜相对接近时距离、温度、表面形貌和相对接近速度对相互作用能的影响。模拟结果显示,当铜-铝纳米薄膜的间距从15(A)逐渐运动到7(A)时,两薄膜间的相互作用强度几乎保持不变。随着相对运动的继续,当间距小于7(A)时,相互作用强度迅速增加,7(A)是两薄膜相互作用强度发生明显变化的临界值。另外,薄膜间的相互作用强度随着温度的升高而增大;研究还发现温度为298K时不同的表面形貌对作用的结果也有影响,表面形貌为矩形时比表面形貌为三角形时结果要高;最后得到两薄膜之间相对运动速度对相互作用强度几乎没有影响。   其次,研究了非接触铜-铝纳米薄膜相对侧向位移从0(A)增加到50(A)时温度、作用间距、表面形貌和表面粗糙度对相互作用能的影响。结果表明,相互作用强度随温度的增加而增大,随相互作用间距的减小而增大,随表面粗糙度的增大而减小。   最后,研究了非接触铜-铝纳米薄膜相对转动时作用间距、温度、表面形貌和表面粗糙度对相互作用能的影响。结果表明,作用间距对结果有显著影响,相互作用能随着间距的减小而迅速增加。温度对相互作用能也有很大的影响,温度越高,作用能越大。相互作用能随着表面粗糙度的增大而减小,另外在低温时,表面形貌对作用能无显著影响,但是此时系统达到最终稳定状态的时间要比理想状态长一倍。
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