点缺陷诱发1H-MoS2反常力学特性分子动力学模拟探究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhuimin002
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具有半导体特性的单层二硫化钼(1H-MoS2)以其卓越的物理化学性能,成为了纳光电子器件领域里备受推崇的应用材料之一。然而,目前针对现实制备过程中普遍存在的固有缺陷对其力学性能调制作用的研究还相对较少。借鉴在含缺陷石墨烯材料中所发现的刚度反常增强现象,本文期望通过针对类石墨烯1H-MoS2的力学性能展开相应的分子动力学模拟研究,以探究其在不同缺陷类型、细密缺陷浓度以及缺陷分布位置条件下是否也有反常刚度强化的现象或潜力。主要研究工作如下:根据1H-MoS2存在的固有点缺陷类型特点,首先开发相应缺陷模型的程式化建模方法。通过弯曲力学行为分子动力学模拟,发现不同边界约束类型和原子间作用势函数对薄膜弯曲刚度的计算结果存在不可忽视的影响。采用REBO势函数的简支边界梁可获得较为合理的弯曲刚度。此外,研究发现,调整缺陷的排列和所处原子层可对薄膜刚度产生反常强化的影响:顶层有序和底层有序的VMoS3缺陷、底层无序和顶层有序的Vs缺陷、以及有序的VS2缺陷可表现出不同程度的反常刚度增强。针对完美1H-MoS2的弯曲力学行为,基于非局部弹性理论的研究表明,与石墨烯相反,其非局部参数的存在对薄膜的弯曲刚度产生了反常的强化作用。在针对1H-MoS2谐振动态响应的分子动力学模拟研究中,首先揭示了薄膜长度尺寸的增大可以消除边界条件以及势函数对谐振特性的影响。其次,有序及无序底层VS缺陷均会对薄膜的基频产生影响,且无序底层VS缺陷更易激发高阶模态。研究结果还显示,VMo缺陷以及VS2缺陷分别在0.27%和0.54%的缺陷浓度下,对1H-MoS2的弯曲刚度具有轻微的(小于10%)反常强化效应。通过对1H-MoS2的纳米压痕模拟研究,结果发现压头尺寸和薄膜尺寸的比值不同,获得的弹性模量会存在一定程度的区别。压痕过程的应力应变曲线表明,1H-MoS2在超过某个临界挠度后发生了结构相变。随后的卸载实验结果表明,发生相变后,1H-MoS2存在残余塑性凹坑变形。键长键角的测量结果显示,此塑性相变主要是由于残余凹坑腰部位置上的原子晶格畸变和凹坑底部薄膜层厚变薄引起的。当引入固有缺陷时,压痕产生的塑性相变的诱发机制随即发生改变,此相变主要由空位缺陷邻近原子晶格畸变诱发的。最后,研究还发现0.45%的缺陷浓度下,底层Vs缺陷对1H-MoS2弹性模量存在轻微的反常刚度强化效应。
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