高压下ZnCNi3和MgCNi3中的位错性质及纳米薄膜中螺位错的表面效应

摘要

众所周知，缺陷，例如位错，严重影响材料的力学性质。经典的Peierls-Nabarro(P-N)模型被广泛用来处理大块晶体中的位错，尽管其使用范围广且形式简单，却不能处理薄膜中的位错。由于表面和块体的比值较高，自由表面对纳米薄膜中位错性质的影响很大。鉴于薄膜中位错的行为不同于块体材料，位错性质的表面效应将不能被忽略。最近，Lee和Li构建了半空间P-N模型并用来处理薄膜中螺位错的运动，他们得到靠近自由表面附近的位错更容易移动，依据象位错方法，Cheng和Shen等人研究了自由表面附近的螺位错的Peierls应力，他们发现自由表面的存在会使Peierls应力增大，其结论和用分子动力学模拟的结果一致。在我们的工作中，选用象位错模型处理双表面纳米薄膜中位错的芯结构和Peierls应力。依据Joos等人建立的块体材料中的位错方程，我们构建了纳米薄膜中的位错方程。本文主要研究高压下ZnCNi3和MgCNi3中的位错性质及纳米薄膜中螺位错的表面效应。具体内容如下：
　　(1)高压下ZnCNi3和MgCNi3中<110>{001}位错的性质
　　考虑了晶格离散效应，采用修正的 P-N方程研究 ZnCNi3和MgCNi3中<110>{001}位错在不同压强下的性质。利用第一性原理的方法计算了广义层错能曲线。采用变分法求解修正的P-N位错方程，获得了螺型、混合型和刃型位错在0~50GPa的芯结构和Peierls应力。利用电荷密度分析了ZnCNi3和MgCNi3的层错能对电子性质的作用机制。
　　(2)表面效应对纳米薄膜中螺位错性质的影响.
　　采用象位错的方法构建纳米薄膜中螺位错的方程。当纳米薄膜厚度趋于无限大时，该方程就变成了经典的P-N方程。具体研究了广义层错能、位错到自由表面的距离(h)以及原子层间距(d/b)对Peierls应力和芯结构参数的影响，并且具体研究了纳米薄膜Al和Cu中的位错。结果显示，表面效应可以增加纳米薄膜Al和Cu中螺位错的Peierls应力。