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申请/专利权人：兰州理工大学

摘要：本发明涉及一种通过改变悬臂梁刚度调控纳米压痕破坏特性的方法，包括以下步骤：⑴以圆柱和圆锥相结合的硅探针作为AFM悬臂梁的硅压头，以二硫化钼为基底，建立分子动力学模型；其中二硫化钼基底设置为悬浮和刚体支撑两种；⑵确定不同弹簧刚度对悬浮基底纳米压痕过程的影响：⑶确定不同弹簧刚度对刚体支撑基底纳米压痕过程的影响：⑷建立悬浮基底压痕深度与时间变化曲线；⑸建立支撑基底压痕深度与时间变化曲线；⑹悬浮基底在压痕过程中的云图：⑺支撑基底在压痕过程中的云图；⑻悬浮基底的势能变化；⑼支撑基底的势能变化；⑽用声子特性揭示力学响应变化的内在机理。本发明探究了材料的力学响应随不同弹簧刚度和温度变化的内在机理。

主权项：1.一种通过改变悬臂梁刚度调控纳米压痕破坏特性的方法，包括以下步骤：⑴以圆柱和圆锥相结合的硅探针作为AFM悬臂梁的硅压头，以二硫化钼为基底，建立分子动力学模型；其中二硫化钼基底设置为悬浮和刚体支撑两种；在基底最上层的一层二硫化钼原子当中，靠近y轴一侧的原子被设置为刚体去固定基底；而靠近y方向一侧固定边原子设置为恒温层；硅压头设定为沿着固定速度而下坠；在基底上，对探针的每一个原子在z方向都施加不同大小的弹簧刚度；在硅压头的x和y方向均施加弹簧刚度，且在x和y方向的弹簧刚度为5000Nm，在z方向的弹簧刚度为100~900Nm；选择基底上二硫化钼的顶层的八个原子用于计算声子态密度；⑵确定不同弹簧刚度对悬浮基底纳米压痕过程的影响：模拟原子力显微镜的纳米压痕过程，统计整个过程中硅压头所受的压痕力以及从恒温层提取出的耗散能量；在硅压头加载过程中，压痕力随着硅压头的加载即时间的推移而不断增加；当模拟时间到达了一个定值时，悬浮基底会由于硅压头的下压而被破坏；同时，在相同的加载速度下，硅压头的弹簧刚度越大，悬浮基底破坏的越快；⑶确定不同弹簧刚度对刚体支撑基底纳米压痕过程的影响：当硅压头的弹簧刚度为100Nm时，在温度为0K和300K时，支撑基底在500ps之内的崩坏过程都不会发生；当弹簧刚度更高时，在500ps内观察到模型的破坏；并且在0K和300K下，破坏时间随着弹簧刚度的提高而缓慢减小；⑷建立悬浮基底压痕深度与时间变化曲线，确定随着弹簧刚度的增大，悬浮基底在压痕过程中更快速地到达最大压痕深度，进而使得模型更早破坏；⑸建立支撑基底压痕深度与时间变化曲线，确定在支撑基底下，压痕深度的上升趋势较为平缓；当支撑基底被压坏后，压痕深度又突然的增加；在温度为0K和300K时，随着弹簧刚度的增大，支撑基底会达到更大的压痕深度，且支撑基底的最大压痕深度明显低于悬浮基底的最大压痕深度；同时，在0K和300K，相同的弹簧刚度会造成几乎相同的压痕深度；⑹悬浮基底在压痕过程中不同温度和弹簧刚度的云图：确定不同弹簧刚度对悬浮基底在压痕过程中对材料的影响，以悬浮基底原子在垂直方向上的位置做云图；⑺支撑基底在压痕过程中不同温度和弹簧刚度的云图；确定不同弹簧刚度对支撑基底在压痕过程中对材料的影响，以支撑基底原子在垂直方向上的位置做云图；⑻悬浮基底在不同温度和弹簧刚度时的势能变化；统计二硫化钼在压痕过程中的势能变化，并解释悬浮基底的力学响应；⑼支撑基底在不同温度和弹簧刚度时的势能变化；统计二硫化钼在压痕过程中的势能变化，并解释支撑基底的力学响应；⑽确定悬浮基底和支撑基底的界面间距、力常数和态密度，研究不同基底在压痕过程中的声学模式变化，并解释其变化的原因；进而用声子特性揭示力学响应变化的内在机理。

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