編號：CYYJ03698
篇名：基于全原子模擬的銅/石墨烯塑性變形行為與力學強化性能分析
作者：陳晶晶 占慧敏 楊旭 李柯 張銅 鄒小蓮 劉瑩 李凱
關(guān)鍵詞： 褶皺效應 界面接觸質(zhì)量 金屬強化 石墨烯層數(shù) 分子模擬
機構(gòu)： 南昌理工學院機電工程學院 南昌理工學院計算機信息工程學院
摘要： 對銅/石墨烯塑性變形行為與強化性能分析對膜-基界面耦合提升金屬材料使役性能起促進作用,也為納米銅強韌機制理解提供有益參鑒價值。基于納米壓痕法對石墨烯膜-單晶銅基底的接觸特性展開全原子模擬。分析基底表面有無石墨烯、覆石墨烯層數(shù)、基底晶面不同的塑性變形行為與力學強化性能,探討石墨烯邊界效應的褶皺對界面接觸質(zhì)量與強化性能的影響。研究表明:對銅/石墨烯而言,納米壓痕時的載荷與位移曲線保持線性關(guān)系,主要源于石墨烯面內(nèi)彈性變形呈均勻化;相比純銅,銅表面覆石墨烯的承載性更高,其彈性模量與硬度隨覆石墨烯層數(shù)增加而線性增大。結(jié)果指出:銅表面覆三層石墨烯的硬度與彈性模量比純銅提高約7.4倍,其強化效應源自石墨烯受載產(chǎn)生的面內(nèi)均勻彈性變形與壓頭-膜基界面接觸質(zhì)量的協(xié)同作用;石墨烯褶皺處的應力集中易誘驅(qū)銅上表面產(chǎn)生類褶皺波紋的塑性變形痕跡。相比雙邊界固定的石墨烯而言,單邊界固定的石墨烯褶皺變形更大,界面接觸質(zhì)量有所增加,而強化效果相比卻降低28%。當覆石墨烯層數(shù)相同時,不同晶面銅/石墨烯的力學性能和膜-基界面塑性變形有著顯著各向異性特征。研究結(jié)果對微機電系統(tǒng)金屬器件力學性能提升有重要作用。
