1、納米科技的發(fā)展使人們逐漸認(rèn)識(shí)到，當(dāng)材料和構(gòu)件的尺度達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，其力學(xué)行為和宏觀尺度下存在顯著不同，呈現(xiàn)出很多力學(xué)新現(xiàn)象。從微觀角度了解材料在納米尺度下的力學(xué)性能和變形機(jī)制，對微納米材料和器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用至關(guān)重要。所以，金屬納米材料的塑性變形研究已成為納米力學(xué)中的熱點(diǎn)問題。目前為止，尚沒有成熟的理論模型來描述納米尺度下材料和構(gòu)件的力學(xué)行為;受實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)的限制，現(xiàn)階段完全通過實(shí)驗(yàn)手段也無法徹底了解金屬納米材料的力學(xué)性能和變形機(jī)制。近

2、年來，分子動(dòng)力學(xué)模擬研究逐漸成為理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的有力補(bǔ)充，成為納米尺度力學(xué)研究中的重要工具。分子動(dòng)力學(xué)研究可以對微結(jié)構(gòu)演化過程進(jìn)行直接觀察，分析材料各個(gè)變形階段的力學(xué)行為，并揭示其內(nèi)在變形機(jī)理。因此，本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，對以納米薄膜和納米柱為代表的金屬納米材料中一些特殊的力學(xué)行為及微觀塑性變形機(jī)制進(jìn)行了研究和討論。主要研究工作及取得的進(jìn)展如下:
　　1.對納米銅薄膜單軸拉伸的塑性變形機(jī)制進(jìn)行了模擬和討論，給出了納米銅

3、薄膜中大量存在的空位型缺陷的位錯(cuò)形核機(jī)制，并探討了相關(guān)尺寸效應(yīng)行為。研究表明，對于[100]及[111]兩種不同取向的銅薄膜，主要的塑性變形機(jī)制是不全位錯(cuò)及層錯(cuò)的形核和運(yùn)動(dòng);不全位錯(cuò)及層錯(cuò)的相互作用產(chǎn)生大量空位型缺陷，并以單空位、層錯(cuò)四面體(SFT)和不規(guī)則空位團(tuán)等形式存在。此外，對不同厚度銅薄膜屈服強(qiáng)度的討論表明，隨薄膜厚度(H)增加，屈服強(qiáng)度（σ）降低，滿足σ∝H-m規(guī)律，指數(shù)m的取值與塑性變形過程中薄膜是否發(fā)生取向轉(zhuǎn)變有關(guān)。

4、>　　2.對面心立方結(jié)構(gòu)的鋁納米柱的壓縮形變過程進(jìn)行了模擬，給出了納米柱壓縮中應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈鋸齒狀形態(tài)的原因，表明位錯(cuò)的形核及逃逸機(jī)制對納米柱的力學(xué)性能起重要作用。研究表明，不同晶體取向的納米柱塑性變形的微觀機(jī)制不同。在[001]取向的納米柱中，包裹在部分位錯(cuò)內(nèi)部的層錯(cuò)以及微孿晶是塑性變形的主要機(jī)制;對于[111]、[112]和[(26)5]三種取向的納米柱，塑性變形主要由全位錯(cuò)的形核及運(yùn)動(dòng)來主導(dǎo)。尺寸效應(yīng)分析表明，初始的屈服是由位錯(cuò)

5、的表面形核導(dǎo)致的，屈服強(qiáng)度與直徑之間滿足σ∝D-m關(guān)系。研究還發(fā)現(xiàn)，擁有較少滑移系的晶格取向以及較小的幾何特征尺寸都有利于晶體內(nèi)部的位錯(cuò)逃逸行為，使納米柱可以在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到“位錯(cuò)匱乏”狀態(tài)，并引起流動(dòng)應(yīng)力呈鋸齒狀振蕩。此外，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)一步給出了含表面“涂層”納米柱的塑性變形機(jī)制，為上述結(jié)論提供了有效驗(yàn)證。
　　3.研究了密排六方結(jié)構(gòu)的單晶鎂納米柱的塑性變形機(jī)制，指出拉-壓不對稱性的微觀本質(zhì)是由于c軸拉伸和壓縮機(jī)制的不同，并

6、給出了包辛格效應(yīng)對預(yù)應(yīng)變的依賴規(guī)律。首先研究了單晶鎂納米方柱和圓柱在c軸拉伸和壓縮不同條件下的塑性變形機(jī)制，結(jié)果表明:c軸拉伸時(shí)塑性變形來自于{10(1)2}孿晶的啟動(dòng)和擴(kuò)展，而壓縮時(shí)塑性變形的主導(dǎo)機(jī)制是錐面滑移;對應(yīng)力-應(yīng)變曲線的分析表明，拉伸和壓縮塑性變形機(jī)制的不同是導(dǎo)致拉伸和壓縮時(shí)屈服和流動(dòng)應(yīng)力不對稱的原因。隨后對鎂納米柱在先預(yù)壓縮再拉伸以及先預(yù)拉伸再壓縮兩種載荷條件下的塑性變形過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明:先預(yù)壓縮加載對隨后的拉伸塑