碳位移引发碳化硅纳米晶的非晶化研究

与单晶相比，纳米晶中无序晶界的存在使其对辐射诱导非晶化、缺陷产生和聚集的表现大不相同，因此近年来一直是理论和实验研究的热点问题。尽管实验手段可以给出辐射诱导缺陷产生的分布情况，但无法给出缺陷的动态演化规律；而第一性原理计算没有温度效应，更难以处理如此庞大的纳米晶体系和研究加载过程中微观结构的动态演化。鉴于纳米晶成分和微结构的复杂性，分子动力学方法为我们提供了处理这种体系的有效手段，然而已有研究仍未从微观机制上对实验观察到的非晶态给出合理解释，且缺陷在非晶化过程中的内在作用机理尚不明确，本项目将采用分子动力学方法结合改进型Tersoff势模拟SiC纳米晶体系中多次C原子位移导致完全非晶化的动态过程，通过非晶态SiC中缺陷的表征手段，分析各种缺陷的分布规律及其在非晶化过程中所起的重要作用，寻找非晶化的成核区域，从原子水平探索非晶化微观机制，为设计耐辐射诱导非晶化的新型纳米晶陶瓷材料提供指导。

由于无序晶界的存在，纳米晶对辐射诱导非晶化、缺陷产生和聚集的表现与单晶大不相同，因此近年来一直是理论和实验研究的热点问题。尽管实验手段可以给出辐射诱导缺陷产生的情况，但无法给出缺陷的动态演化及其与微观结构的相互作用；而第一性原理计算没有温度效应，更难以处理如此庞大的纳米晶体系和研究加载过程中微观结构的动态演化。鉴于纳米晶微结构的复杂性，分子动力学方法为我们提供了处理这种体系的有效手段，然而已有研究仍未从微观机制上对实验观察到的非晶态给出合理解释，且缺陷在非晶化过程中的内在作用机理尚不明确。本项目按照原定研究计划采用分子动力学方法结合改进型Tersoff势模拟碳位移引发碳化硅纳米晶完全非晶化的动态过程，取得了预期的研究成果，初步完成了预期的考核指标。研究结果表明非晶化是局域缺陷聚集和相互作用的结果，并且非晶化过程主要从晶界开始，逐渐向晶粒内部扩展，最终达到完全非晶化。另外，为有效识别和表征非晶态的缺陷以及从原子水平分析缺陷分布规律，我们还试探性研究了金属氧化物氧化锌体系中的缺陷及缺陷团簇运动过程，发现点缺陷易于被缺陷区域及杂质存在的区域所捕获，这对理解缺陷的分布规律、缺陷在非晶化过程中的内在作用机理和确定非晶化成核区域有着重要意义。随着非晶化区域的确定，缺陷和缺陷团簇聚集的相关研究将为设计耐辐射诱导非晶化的新型纳米晶陶瓷材料提供指导。但受项目经费限制，目前有关纳米晶在辐照条件下的辐射剂量、序参数等参数，各种缺陷数量随辐射剂量变化的规律，探讨非晶态的拓扑特性的研究还处于起步阶段，建议国家自然科学基金委会能对本项目继续给予资助。