MEMS粘附的分子動力學研究.pdf

1、雖然MEMS發(fā)展已經有二十多年的時間了，但粘著問題一直阻礙MEMS產品進入市場，是MEMS技術急需解決的關鍵問題。分子動力學模擬作為一種數(shù)字實驗方法，可以對理論分析和實驗觀察都難以了解的現(xiàn)象做出一定的解釋。分子動力學模擬是研究粘著問題的一種有效方法。 針對MEMS中的粘著問題，本文選取Au材料，以分子動力學模擬為研究手段，對MEMS球面模型接觸過程進行了模擬，綜合考慮引力和斥力，并對模擬結果進行了分析。本文首先介紹了分子動力學模

2、擬技術的基本原理，然后建立了分子動力學的仿真模型，并確定了分子動力學模擬的各種仿真參數(shù)。模擬中采用EAM勢函數(shù)描述原子間的相互作用，采用Veocity-Verlet算法求解系統(tǒng)運動方程。本文研究了球面模型接觸過程中原子構型的變化；討論了在接觸過程各個階段中接觸區(qū)域的壓力分布情況；分析了接觸半徑隨著接觸力以及壓頭位移的變化關系；分析了接觸力隨著壓頭位移的變化關系以及接觸力與接觸區(qū)域原子層數(shù)的關系；分析了接觸過程中系統(tǒng)總能量隨時間的變化關系

3、以及系統(tǒng)勢能隨著壓頭位移的變化關系。 本文的創(chuàng)新之處在于首次使用C++語言進行微/納觀接觸問題的分子動力學研究，代碼精簡易懂，可移植性好，為分子動力學模擬技術的編程風格進行了改進。研究表明：壓頭逐漸趨近于基體表面時，基體表面在粘著力的作用下以“突跳”的方式與壓頭迅速接觸，得到“突跳”現(xiàn)象；當壓頭反向撤離時，與壓頭相連的基體材料發(fā)生頸縮，得到頸縮分離現(xiàn)象；分離粘著過程中的接觸力相對于粘著接觸過程中的接觸力呈現(xiàn)明顯的滯后，這表明粘著