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
關鍵詞： 褶皺效應 界面接觸質量 金屬強化 石墨烯層數(shù) 分子模擬
機構： 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�；诩{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系,主要源于石墨烯面內彈性變形呈均勻化;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生的面內均勻彈性變形與壓頭-膜基界面接觸質量的協(xié)同作用;石墨烯褶皺處的應力集中易誘驅銅上表面產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。研究結果對微機電系統(tǒng)金屬器件力學性能提升有重要作用。
