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微纳米材料力学特性的原位实验研究与理论分析

发布时间::2017-09-26  阅读次数:1

时间:2017-09-27 上午10:30

地点:实验17楼308 


报告题目:微纳米材料力学特性的原位实验研究与理论分析

报告人:闫亚宾(京都大学工学研究科机械工程与科学系)

报告内容简介

近年来,随着微电子器件和微纳机电系统(MEMS/NEMS)小型化程度的不断提高,系统内部器件与结构的特征尺寸也随之减小,通常处于微米甚至纳米量级。同时,为了实现系统功能的集成化,其内部器件往往由半导体、金属、高分子等多种材料构成并以多层薄膜的形式存在。故而双相材料界面不可避免地被引入到了这些微纳米部件中。然而,由于在界面两侧材料的变形失配会在界面处引起应力集中,使其在外部热载荷以及机械载荷的作用下极易发生分层破坏,进而导致整个系统功能的误动乃至失效。因此,微纳米材料中界面的分层破坏行为成为了影响微电子学系统结构完整性和功能可靠性的重要问题。另一方面,为了增强系统功能并降低能源消耗,微系统内部也使用了大量微纳米量级的单晶金属作为导线等关键部件。由于尺寸效应的影响,微纳米单晶金属材料在塑性变形、断裂及疲劳等方面与宏观材料有着显著不同。然而,由于微纳米尺度力学实验难度的影响,微纳米单晶金属材料的力学性质仍有待研究。
针对上述问题,报告介绍了近年来在微纳米材料力学性质原位实验研究方面取得的进展。利用开发的一系列在透射电子显微镜和扫描电子显微镜内的原位实验方法,研究了界面裂纹的启裂与扩展行为,微纳米金属单晶材料的塑性、断裂及疲劳等问题,并提出相应的力学准则与分析判据。


报告题目:功能材料多场耦合特性的原子尺度模拟研究

报告人:王晓媛( 中国工程物理研究院)

报告内容简介

钛酸铅(PbTiO3)等钙钛矿型铁电材料是一类典型的功能材料。近年来,随着纳米加工技术的发展和电子元器件小型化程度的提高,纳米铁电材料在微电子及微机电系统中得到了广泛应用。目前已制备的纳米铁电结构包括超薄纳米薄膜、纳米线/管、纳米点等。由于尺寸效应和表面效应的影响,纳米铁电材料的铁电性与宏观块体材料相比会有明显差异。同时,由于铁电材料自发极化的大小与晶体结构的不对称性密切相关,而外界载荷会改变这一几何不对称性,继而改变材料的铁电性,即力电耦合特性。因此, 为了充分发挥纳米铁电材料的性能,确保功能材料的可靠性,对纳米铁电材料的铁电性及其力电耦合特性的研究具有重要研究意义。另一方面,金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)因其极高的空隙率与比表面积、可控的孔径以及可变的功能基团等特性而受到广泛关注,成为了新材料领域的研究热点。然而,由于实验研究和数值建模方面的复杂性,MOFs结构的本征力学、电学特性尚未得到深入系统的研究,对材料的力电耦合特性研究极少涉及。
报告介绍了在纳米铁电材料及新型MOFs材料力学、电学及其耦合特性方面的研究进展。利用第一原理计算的方法,研究了PbTiO3纳米铁电材料的铁电性及多场耦合特性,考察了晶界、铁电畴壁等内部结构以及外部几何形状(一维纳米管、零维纳米点)及其联合作用的影响,并分析了由外界辐照环境引起的氧原子空位对材料铁电性的影响。另外,以典型MOFs材料MOF-5为对象,研究了其本征力学、电学性质及多物理场耦合特性,并基于材料基因组的理念,利用金属离子置换设计出了电学性质更为优异的新型MOFs材料,分别提出了基于内部原子设计和外部应变调控的调制MOFs材料物理性质的理论途径。



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