Bi2Te3纳米薄膜单轴拉伸的分子动力学模拟.pdf

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1、第27卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)V01．27NO．42010年12月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．20l0Bi2Te3纳米薄膜单轴拉伸的分子动力学模拟童宇，易法军，刘立胜，张清杰(武汉理工大学a．材料复合新技术国家重点实验室；b．理学院，湖北武汉430070)摘要：BiTe，及其合金是目前室温附近发展最为成熟、性能最好的一类热电材料，在热电制冷及温差发电方面具有广阔的应用前景。具有纳米结构的Bj：Te，纳米薄膜材料是当前研究的热点，其力学性能是热电材料研究者较为关心的问题。依据Bi：Te，多体势函数利用分子动力学方法对Bi：re，单晶

2、块体沿c轴方向进行单轴拉伸模拟。拉伸之前对系统进行弛豫，考察了弛豫过程中系统能量、温度和初始应力的变化。根据原子构型发现在此方向上拉伸过程中薄膜沿着晶体中结合力较弱的Te1．Tel层断开。分析了拉伸过程中的应力一应变和能量变化曲线。模拟不同温度下的拉伸，研究了温度效应对其力学性能的影响。关键词：分子动力学；力学性能；BiTe；纳米薄膜中图分类号：0484．2文献标识码：A文章编号：1672-7037(2010)04-0012-05热电材料是一种将热能和电能直接转换的功MAEAM势计算了Nb(110)薄膜的熔点、熔化机能材料，在温差发电和热电致冷等领域具有极为制以及相应的动力学行为J。

3、Cao等人利用分子重要的应用前景。BiTe，基化合物是室温附近性动力学研究了不同厚度、取向和加载方向对ZnO能最好的热电材料。随着纳米研究技术的发展，纳米薄膜弹性性能的影响。近年来有关低维Bi：Te材料取得高热电优值的本文用分子动力学方法模拟了单晶Bi：Te，报道不断出现l1．2J。由于薄膜材料的热电性能与薄膜沿其力学性能较弱的c轴方向的单轴拉伸过块体材料有所不同，BjTe薄膜有较高的研究价程。首先通过对系统的弛豫获得了无初应力以及值。人们在研究BiTe，纳米薄膜材料的过程中能量最小化的稳定状态模型。在此基础上考察了探索了包括电化学沉积法在内的诸多合成制备方微观尺度上薄膜材料整体的变

4、形演化过程，得到法，并广泛地关注其热学和电学特性。目前了拉伸过程中能量、应力的变化曲线。模拟不同对热电材料的研究仍主要集中在热电性能，但是温度下的拉伸，分析温度效应对其力学性能的影材料的力学性能对其服役行为与使用寿命具有重响。当前研究结果为研究Bj：Te纳米薄膜材料要的影响，然而对于BiTe，薄膜材料力学性能的器件提供了有效的依据。研究几乎处于空白状态。另外由于BiTe，热电材料在实际应用中不可避免地要经历较大的温度1分子动力学模拟方法波动，研究材料的力学性能随温度的变化关系具有重要意义。因此对BiTe，纳米薄膜材料力学分子动力学模拟是计算经典多粒子体系的一性能的研究非常重要。但是由

5、于纳米尺度实验本种有效方法，计算整体系统的力学行为和性能，是身存在一定困难，而分子动力学方法能从微观研纳米计算力学的重要工具。模拟系统中的粒子运究材料原子运动过程和结构力学变形细节，另外动符合经典的牛顿方程，即由于分子动力学方法能够考虑温度效应，有助于r，。(￡)=m西f(￡)：一(1)人们对不同温度下材料的力学行为进行预测。因a，此从原子、分子尺度来考察材料的结构和特性的其中原子所受的力可以直接由势能函数对坐分子动力学模拟方法成为一种重要的研究手段，标的一阶导数得到。因此原子间相互作用的并取得了许多重要的进展。例如Yang等人利用描述方式是分子动力学模拟计算结果精确与否的收稿日期：

6、2010-08-24作者简介：童宇(1982一)，男，湖北武汉人，博士研究生，研究方向为分子动力学模~2(tongyu1982@126．corn)基金项目：国家自然科学基金(10832008)第4期童宇等：BiTe，纳米薄膜单轴拉伸的分子动力学模拟．13．关键。本文选用的Huang和Kaviany等人发表的BiTe，的多体势。该势函数最初用于计算Bi：rfe的晶格热导率]，势参数由第一性原理计算以及实验参数拟合而来。利用该势函数我们曾计算了Bi：Te材料从0到600K温度范围内的力学性质．10J。Birre，多体势函数的具体形式为：Et0Ial=E。l。tr+Eb0d+an。(2)其

7、中E。。为静电势能，表达式为：仃仃E。”=C—"lt="l-jr