4  文献综述 8

5  模拟方法 8

5.1 薄膜在50K-1600K的升/降温循环 9

5.2 模拟完成后系统的输出文件 10

5.3 单个步长上的原子输出文件 11

6  数值模拟结果 12

6.1原子间作用势的测试 12

6.1.1 晶格常数的测定 12

6.1.2 体弹模量的计算 13

6.1.3 空位形成能的计算 14

6.1.4 相变平衡温度的计算 14

6.2 薄膜中由温度诱发的相变模拟 15

6.2.1 建模和弛豫 15

6.2.2 升/降温循环 17

6.2.3 对比印证 20

7  讨论 21

8  总结 23

致谢 24

参考文献 25

1  绪论

1.1引言

材料的宏观性质是由材料的微观性质所决定的，为了获得优良的宏观性能首先需要对其微观性质进行研究，在弄清微观性质与宏观性能的联系的基础上，改变材料的微观结构以实现材料在宏观结构下的应用。而相变，特别是结构相变，正是材料在外部条件变化的情况下引起的微观结构改变。因此，研究相变的机理，对于提高材料性能，具有积极的意义。

薄膜材料，特别是纳米尺度上的薄膜材料，在化工、军事、微电子领域得到了广泛的运用。在长期的实验过程中，人们一步一步从认识到发现材料的特性不仅仅会依赖薄膜材料的化学组成成分，同时还会与材料的微观粒子结构密切相关。为了清楚地认知并了解材料的微观结构和宏观性能间的内在关系，科学家们致力于在纳米程度甚至分子原子尺度乃至更为微小的尺度，来研究分析物质的组分单元发生的微观过程和运动规律及其特性[1]。在这个纳米尺度上，常规的实验方法往往力有不逮，由此而产生了一系列的模拟方法，它们为实验提供了有效的理论支撑。对于计算研究的范畴内按照尺度可划分为四个不同的层次[2]:电子层次、分子层次和介观层次以及最后的宏观层次。而本文所采用的分子动力学方法处于原子和分子层次，介于微观和介观之间。该方法从原子层面出发，研究不同外部环境下的材料行为。一方面该方法可以直接得到原子轨迹，通过对原子运动的观察实现对材料行为内在机制的理解。另一方面，结合统计物理学理论和分子动力学输出的原子位置与速度，可以计算如应力、温度、扩散系数等外部或者材料本征的物理量，实现对材料性能的预测。

本文拟采用分子动力学方法，以纯铁纳米薄膜为研究对象，研究外界温度变化所诱发的奥氏体相变和马氏体相变。通过与块状材料的结论相比对，从原子运动的层面理清相变机理，为相关实验提供一定的理论支撑。

2  相变

2.1相变的概念

相变是一种物理变化的过程，它表示物质在压力、温度、气压等特定的外部条件下不断变化，从一种相（态）转变为另一种相（态）。日常生活中最常见的是冰变成水和水变成蒸气。广义地说，物态转变的过程中，每种元素的固体、液体、气体状态，元素之间的作用、传导、运作方法的不同是影响它们的不同形态的最主要因素。具体到水，即水分子的排布发生了一定的变化。相变不仅限于物态的转变，当相变的母相与产物相均是固体时，我们将这类相变称为固态相变。固态相变的一个典型例子就是马氏体相变。 薄膜相变的分子动力学模拟(2):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205859.html