1.1一維的研討進(jìn)程作為機(jī)械系統(tǒng)的根本構(gòu)件的一維納米構(gòu)造,其理論和實(shí)驗(yàn)研討遭到世界范圍內(nèi)的普遍關(guān)注.在過去，由于納米絲的力學(xué)實(shí)驗(yàn)遭到實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制,在普通的實(shí)驗(yàn)室無法停止,但是計(jì)算機(jī)模仿能夠經(jīng)過原子運(yùn)動的演化過程展現(xiàn)納米構(gòu)造的變形狀況及其內(nèi)在機(jī)理,有效補(bǔ)償了這一缺陷.
1.1中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授倪向貴等眾多科學(xué)家對納米銅絲、納米鎳絲、等停止了拉伸過程的模仿實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)放在納米構(gòu)造與能量應(yīng)力變化的模仿研討上面,以及外表效應(yīng)如何影響單晶納米資料的整膂力學(xué)和原子運(yùn)動的各種行為,依據(jù)重復(fù)的理論和準(zhǔn)確的計(jì)算，終于研討出了納米資料的毀壞失效原理.這一實(shí)驗(yàn)同時(shí)也標(biāo)明經(jīng)過樹立模仿模型和有效的計(jì)算辦法能十分有效地模仿納米金屬資料在微觀方面的變化過程.
1.2梁海弋等一批科學(xué)家應(yīng)用EAM原子勢函數(shù)的相關(guān)原理模仿研討了納米銅絲的拉伸性能.結(jié)果標(biāo)明，截面的變化對直接影響納米絲拉伸性能.這是由于外表原子松懈,納米絲的外表張應(yīng)力等綜合要素形成的.而且拉伸強(qiáng)度會隨著納米絲截面減小而進(jìn)步，同時(shí)會推延屈從和增加初始拉伸模量的軟化水平.
1.2二維的研討進(jìn)程在納米薄膜的制備研討過程中,得出了很多薄膜生長現(xiàn)象,人們需求對其從理論計(jì)算上停止科學(xué)的解釋.日本的Huang等一批科學(xué)家對Au原子在MgO外表（100）點(diǎn)缺陷處的團(tuán)簇生出息行了模仿實(shí)驗(yàn),同時(shí)也停止了Au原子擴(kuò)散匯集對成膜的模仿研討%3B經(jīng)過研討得出，原子的幾何外形會隨著擴(kuò)散力的不同以及能量的不同而發(fā)作變化.我國知名科學(xué)家張慶瑜在分子動力學(xué)研討的根底上樹立了氣相堆積原子動力學(xué)模型,同時(shí)采用MonteCarlo辦法對Au外延薄膜的初期生長過程也停止了模仿研討,指出了薄膜外延生長會隨基體溫度的變化而發(fā)作怎樣的變化.劉祖黎等一批科學(xué)家采用MonteCarlo模型探究出了Pt%2FPt（Ⅲ）薄膜生長初始階段島的形貌與基底溫度之間的詳細(xì)關(guān)系.模型中充沛思索了吸附原子擴(kuò)散、原子堆積與蒸發(fā)等過程,與過去的模型不同的是采用Morse勢來計(jì)算粒子之間的互相作用,并細(xì)致充沛思索了臨近和次臨近原子所產(chǎn)生的影響.研討結(jié)果標(biāo)明,島的形貌隨基底溫度的升高,從一個分形生長到凝聚生長的變化全過程.經(jīng)過進(jìn)一步的深化研討標(biāo)明,島的形貌和基底形貌兩者之間的關(guān)系會隨著基底溫度的升高發(fā)作顯著的變化,而基底溫度低時(shí),島的外形與基底形貌沒有任何關(guān)聯(lián).
2目前計(jì)算機(jī)模仿研討需求處理的問題
普通來說，納米金屬資料的計(jì)算模仿辦法所采用的大多都是原子級模仿技術(shù),它是將納米金屬資料作為數(shù)量較多的單個金屬原子的匯合體,并且將每個金屬原子當(dāng)作彼此獨(dú)立的研討單元來停止模仿實(shí)驗(yàn),然后經(jīng)過統(tǒng)計(jì)力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)對其停止規(guī)律性的描繪,并預(yù)測納米金屬資料的微觀構(gòu)造以及功用.但是由于納米金屬資料本身構(gòu)造十分復(fù)雜，以及它對四周環(huán)境無法得到疾速的反響,所以目前還無法運(yùn)用相關(guān)的模仿技術(shù)來得到理想的答案.自己倡議能夠從以下方面停止努力：
2.1選定模仿算法在停止納米金屬資料分子動力學(xué)的模仿實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)當(dāng)是對包括金屬、氧化物、金屬氧化物等一系列的多原子體系實(shí)驗(yàn).由于原子間的作用是一個多體效應(yīng),在這個效應(yīng)當(dāng)中一切的粒子會全部匯集到一同,是無法采用解析的辦法停止求解的.這時(shí)我們能夠選用有限差分辦法來停止求解,目前運(yùn)用的最多的包括：蛙跳法、預(yù)測-校正算法和Verlet算法三品種型.值得留意的是，固然目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)開展疾速,但是地道依賴進(jìn)步單個CPU的計(jì)算速度基本就不能滿足越來越繁瑣的計(jì)算需求,鑒于此，我們能夠思索停止并行化停止計(jì)算，這樣會愈加有效.
2.2要充沛思索粒子間的互相作用微觀粒子的運(yùn)動原本是需求運(yùn)用量子力學(xué)來停止描繪的,但納米金屬資料的構(gòu)造與性能常常會觸及到大量微觀粒子而且還是多體作用,因而用量子力學(xué)第一性原理來對粒子間互相作用求解并非易事,而絕大多數(shù)模仿以為粒子的運(yùn)動遵照牛頓力學(xué)規(guī)律,因而能夠思索采用半經(jīng)歷的原子間互相作用勢來對粒子間的作用停止描繪.普通來講，勢函數(shù)能否牢靠決議了一個分子動力學(xué)模仿能否勝利.原子或者離子間的互相作用勢越復(fù)雜、擬合性質(zhì)越多就越與實(shí)踐的互相作用接近,不過越復(fù)雜的互相作用同時(shí)也會加大計(jì)算量和模仿量,因而在構(gòu)建或運(yùn)用原子間互相作用勢的過程中,應(yīng)依據(jù)所要研討的問題的詳細(xì)狀況,選擇既能反映互相作用的實(shí)質(zhì),又能夠在計(jì)算上實(shí)在可行的互相作用勢.
2.3處置和剖析模仿結(jié)果找到一種適宜的剖析模仿結(jié)果的辦法關(guān)于計(jì)算機(jī)模仿來說是至關(guān)重要的.通常狀況下，模仿的軌跡文件只包含了各個粒子的位置、速度和力的相關(guān)信息,因而一定要對這些信息停止有效的處置以后才干得到想要的物理量.而計(jì)算機(jī)模仿走向應(yīng)用的關(guān)鍵之處在于，找到適宜的辦法處置結(jié)果,將宏觀現(xiàn)象與微觀軌跡停止有機(jī)聯(lián)絡(luò).模仿結(jié)果的處置無疑會是一個十分復(fù)雜的過程,其重點(diǎn)問題是要從MD模仿的軌跡文件中講可與實(shí)驗(yàn)直接比擬的統(tǒng)計(jì)量提取出來.除此之外,軌跡中的坐標(biāo)信息關(guān)于剖析構(gòu)造體系信息也非常重要,而這卻是十分耗時(shí)的工作過程.
A3完畢語
綜上所述，隨著時(shí)期的開展和科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)模仿技術(shù)在納米金屬資料科學(xué)研討范疇得到越來越普遍的應(yīng)用,目前曾經(jīng)成為資料研討人員的一個不可或缺的工具.我們也有理由置信,隨著更多資料科學(xué)家進(jìn)步計(jì)算機(jī)模仿應(yīng)用程度以后,我國在剖析納米金屬資料方面一定會獲得更大的效果.
