铬掺杂二硫化钼的分子动力学参数化及应用

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fcsleep
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二硫化钼,作为常见的固体润滑剂,在工程、机械、交通运输等领域中发挥着降低摩擦磨损、提高传动效率的作用。此外,其纳米尺度材料也在电、光、磁、催化、储能等方面有诸多应用。将过渡金属元素铬掺杂在二硫化钼中,材料的抗浸润性能可以进一步提高和改善,同时铬的掺杂也会使二硫化钼的晶体结构发生改变,为设计亚稳态材料奠定了基础。然而,现阶段在实验条件下,掺杂工艺尚存在缺陷,无法实现高含量掺杂,并且在实验过程中欠缺对于材料微观信息的理解。在本工作中将使用分子动力学方法研究掺杂原子铬对二硫化钼晶体结构、浸润性、力学性能等方面的影响。本工作共分为以下四个部分内容:(1)掺杂原子铬的界面力场参数的开发与验证;根据二硫化钼的晶体模型,构建铬原子替代掺杂二硫化钼的可能结构体系。依据掺杂原子Cr的配位环境,设置其界面力场参数初始值。将DFT计算得到的Cr-MoS2晶格常数作为基准值,用于验证力场参数的精确度。经过分子动力学计算后,若晶格参数与基准值误差大于±1%,则调整力场参数,直到误差小于±1%。(2)铬掺杂对二硫化钼稳定性的影响;通过构建x at%Cr-MoS2(x=0,10,20,50,70,100),探究其掺杂含量对晶体结构的影响;再通过改变铬在x at%Cr-MoS2(x=0,10,20,50,70,100)晶体中的掺杂位置,研究掺杂位置对其结构稳定性产生的影响。(3)铬掺杂对二硫化钼性质的影响;以过渡金属铬作为掺杂元素,利用分子动力学研究了在x at%Cr-MoS2(x=0,10,20,50,70,100)条件下,二硫化钼的亲疏水性、力学性能的变化。同样地,研究了在x at%Cr-MoS2(x=0,50,100)条件下,二硫化钼的吸附能的变化。(4)溶剂分子在Cr-MoS2表面吸附能的计算及应用。利用分子动力学计算不同溶剂分子在过渡金属铬掺杂二硫化钼表面的吸附能,将本体材料的表面能作为参照,通过比对吸附能与表面能的大小,筛选出可以将铬掺杂二硫化钼剥离成为薄片层的有机溶剂,并通过实验验证该筛选方法。本项工作提出了研究掺杂效应、筛选剥离块体材料有机溶剂种类的计算方法。这些方法将可用于其他掺杂体系、二维材料相变、单层或少层二维材料制备工艺设计等方面的研究。
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