金属掺杂类金刚石薄膜的分子动力学和第一性原理研究

发布时间：2024-04-20 07:07

　　目前,金属掺杂已被证明能很好的降低薄膜中存在的残余应力,但金属掺杂影响薄膜微观结构和物化性能的物理机制尚缺乏研究。本文从原子量级角度出发,对金属掺杂DLC纳米复合薄膜的动力学生长进行了系统理论模拟研究,旨在建立薄膜物化性能和内在微结构之间的作用规律,重点阐明金属掺杂DLC残余应力降低的普适性物理机制。本文首先采用分子动力学模拟和第一性原理计算的方法对亲碳金属Cr和弱碳金属Cu掺杂DLC薄膜进行分析。薄膜结构分析表明,随Cr、Cu含量增加薄膜中sp3-C杂化比例呈上升趋势。Cr-DLC中体积模量无明显变化;Cu-DLC中随Cu浓度的增加体积模量先上升后下降,这是由于Cu浓度增加后薄膜结构网络中产生Cu金属团簇,使CuDLC膜整体的体积模量降低。与纯DLC相比,Cr-DLC、Cu-DLC薄膜中残余应力均表现出随金属含量增加呈先降后升的趋势,分析结果表明扭曲的键角、键长得到松弛对薄膜残余压应力的降低有显著作用,在较高Me浓度条件下,扭曲的C-C键比例增加,形成了更多扭曲的C-Me和Me-Me结构是导致残余应力的增加的关键因素。在上述研究的基础上,本文进一步对Cu/Cr共掺杂DLC薄膜的结构及...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2无定形非晶碳的三元结构相图

第2页硕士学位论文根据碳键结构及组分，DLC膜通常分为两种主要类型：非氢DLC膜和含氢DLC膜[2]。基于此Jacob和Molle[3]对DLC膜实验中研究电子杂化及氢元素浓度关联的测量结果进行了统计分析，而Robertson[1]在此基础上又对总结的数据进行检查核对，得到的三元....

图1.3掺杂元素及其作用示意图

金属通常为Cr、W、Ti、Ni、Ag、Cu等元素。DLC薄膜的物化性质和微观构造因为金属元素的掺杂而产生了变化，金属元素自身不同的特性也让组合后的Me-DLC膜的功能产生了多样性。这些变化与Me-DLC薄膜的性能与掺杂后的薄膜结构息息相关，薄膜整个系统中不仅存在3D四面体非晶碳空....

图2.1面心立方金属、金刚石、石墨烯微观空间构型Fig.2.1MetalFCC,diamond,graphenemicrospaceconfiguration

研究目标，所以选择合适的模拟数值是保障模拟实验成功且结果精确的必要条件。本小节将对课题模拟实验中采取的初值、方程解法、边界条件和势函数等参数的选取情况及原因进行重点阐述。2.1.1初始状态及基本参数2.1.1.1初始状态实验模型的初始状态不仅是指粒子的初始坐标还包括粒子在空间内的....

图2.2Verlet近邻算法图

得分子动力学模拟计算的效率更为快捷准确。图2.2为近邻域列表算法示意图，基于初始系统的结构配置，创建其中所有粒子半径Rm（Rm>Rcut）的近邻域粒子列表，通过规定的时间步长对列表中粒子的相对距离进行分析计算，在对粒子间相互作用计算时只计算半径R<Rcut的粒子，对列表外的剩余粒....

本文编号：3959058