Cu64Zr36非晶合金薄膜沉积与纳米压痕分子动力学研究

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非晶合金薄膜性能优异,具有良好的磁学性能、表面光滑、耐腐蚀和耐疲劳,在未来纳米印刷、集成电路、电子元件、航空航天等诸多方面都有着很好的应用潜力。目前非晶合金薄膜的研究较为广泛,主要集中在薄膜的制备方法、力学行为、耐腐蚀性及其潜在的应用等方面,而薄膜的沉积机理等研究较少。而研究非晶合金薄膜的沉积机理,可以为制备高质量薄膜探寻最佳实验条件,这有助于进一步拓宽其应用前景。本文利用分子动力学,模拟了Cu64Zr36非晶合金薄膜的沉积过程,研究了不同的沉积参数对薄膜质量的影响。对所沉积的薄膜进行退火处理,并分析了退火处理对薄膜的影响。同时对薄膜进行纳米压痕仿真,分析相关力学行为。本文建立了Cu64Zr36非晶合金薄膜仿真模型,研究了入射能量及沉积速率等对薄膜生长及薄膜质量的影响机理。结果表明:入射能量的高低决定薄膜的生长模式。入射能量较低时,薄膜呈岛状生长;入射能量较高时,薄膜呈层状生长。入射角、沉积速率对薄膜的生长模式无太大影响。随着入射能量增大,薄膜表面粗糙度降低;入射角度和沉积速率对薄膜的表面粗糙度影响很小。随着入射能量、沉积速率增加,薄膜的致密度均增加;而随着入射角度增加,薄膜致密度先几乎无变化,后致密度又降低。本文分析了退火对Cu64Zr36非晶合金薄膜质量的影响规律。结果表明:退火后,薄膜表面更加光滑,较退火前薄膜表面均方根粗糙度有所降低。退火后薄膜致密度有所增加,减少了薄膜的内部缺陷。退火处理也能明显减少薄膜的内应力,进而改善和提高薄膜的性能。本文完成了Cu64Zr36非晶合金薄膜纳米压痕仿真。结果表明,随着压痕深度的不断增加,入射能量为10e V所得到的薄膜纳米压痕力始终为最大,而入射能量为0.5e V所得到的薄膜纳米压痕力始终为最小。在纳米压痕过程中,二十面体团簇<0,0,12,0>结构的比例随着压痕深度的增加均显著减少。由于压头的挤压作用,薄膜的最大静水压力、最大范式等效应力、高势能原子均分布在压头下方位置。
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