軟脆晶體碲鋅鎘納米壓痕實(shí)驗(yàn)及分子動(dòng)力學(xué)仿真.pdf

1、碲鋅鎘作為第三代半導(dǎo)體的典型代表，是室溫核輻射探測(cè)器的最佳材料，并且是紅外探測(cè)器核心元件碲鎘汞的最佳襯底材料。由于碲鋅鎘探測(cè)器在室溫下具有高分辨率、無(wú)需液氮冷卻、體積小、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)家安全防務(wù)、核安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)探傷、以及醫(yī)學(xué)診斷和天體X射線望遠(yuǎn)鏡等方面有重要的應(yīng)用。
　　碲鋅鎘具有軟脆特性，傳統(tǒng)的加工方法如游離磨料研磨、拋光和化學(xué)腐蝕，其弊端是游離磨料易嵌入，化學(xué)腐蝕容易產(chǎn)生腐蝕溝，導(dǎo)致加工精度低，廢品率高。相對(duì)傳統(tǒng)

2、加工方法，超精密磨削方法來(lái)加工碲鋅鎘晶體能夠有效避免游離磨料嵌入難題。在超精密磨削中，可以獲得含有部分納米孿晶的損傷層。超精密磨削的過(guò)程是多個(gè)磨粒壓入材料表面并進(jìn)行劃擦的過(guò)程，因此超精密磨削機(jī)理可以從單顆磨粒的壓入和劃擦來(lái)獲得。為了探索碲鋅鎘納米磨削機(jī)理，以及開(kāi)發(fā)新的納米孿晶層表面的加工方法，本文進(jìn)行了碲鋅鎘的單顆粒納米壓痕實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)仿真的研究工作。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)仿真的方法，研究單顆磨粒超精密磨削中磨粒壓入以及納米

3、孿晶的形成機(jī)理，建立了八個(gè)模型以及一個(gè)單晶模型，孿晶層關(guān)于(111)面對(duì)稱(chēng)。每個(gè)納米孿晶模型有3個(gè)孿晶薄片組成，上下面的孿晶片厚度分別為4.5 nm。8個(gè)納米孿晶模型的中間孿晶片厚度分別為4.5 nm、10.1 nm、13.4 nm、14.5 nm、17.9 nm、19.0 nm、24.6 nm、25.7 nm。單晶模型的高度與最大孿晶模型厚度相等。經(jīng)過(guò)分子動(dòng)力學(xué)仿真研究，預(yù)測(cè)了中間孿晶層厚度為17.9nm的納米孿晶能夠獲得硬度的最大值

4、。當(dāng)納米孿晶厚度小于17.9nm時(shí)，硬度隨著孿晶厚度的增大而增大，服從反Hall-Petch效應(yīng);大于17.9nm時(shí)，硬度隨著孿晶厚度的增大而減小，為Ha11-Petch效應(yīng)。
　　為了驗(yàn)證分子動(dòng)力學(xué)的仿真結(jié)果，進(jìn)行了碲鋅鎘晶體的納米壓痕及納米孿晶的準(zhǔn)靜態(tài)加載實(shí)驗(yàn)。采用納米壓痕儀對(duì)碲鋅鎘單晶進(jìn)行了納米壓痕實(shí)驗(yàn)，在峰值載荷分別為500mN、600mN、700mN時(shí)形成了單向連續(xù)無(wú)晶界新型納米孿晶結(jié)構(gòu)，這種納米孿晶具有優(yōu)異的力學(xué)性能，