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纳米晶金刚石拉伸性能的晶粒尺寸依赖性

DOI：10.1016/j.commatsci.2018.10.027 期刊：Computational Materials Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 纳米晶金刚石（NCD）因其卓越的力学性能成为极具前景的材料，然而关于其力学性能与晶粒尺寸（d）依赖关系的研究仍较为有限。本文采用分子动力学（MD）模拟方法研究了不同d值三维NCD的力学行为。研究发现NCD的力学性能对d值敏感：杨氏模量（E）随d增大而升高（因晶粒内部占比增加），断裂应变（εf）随d增大而降低（因晶界占比减少）。同时发现断裂强度（σf）也随d增大而下降，这归因于较大d值时晶界应力集中更显著，可能更容易引发裂纹。与εf和σf类似，变形功密度随d减小而增大，表明小尺寸NCD具有更优韧性。对于不同d值的样品，穿晶裂纹与晶间裂纹的形核与扩展均为主要失效机制，这与实验观测结果一致。
作者： Cheng Huang，Xianghe Peng，Bo Yang，Shayuan Weng，Yinbo Zhao，Tao Fu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用分子动力学（MD）模拟研究纳米晶金刚石（NCD）力学性能对晶粒尺寸（d）的依赖性。

研究成果

NCD的力学性能对晶粒尺寸(d)敏感。由于晶粒内部(GIs)比例增加，杨氏模量(E)随d增大而升高，而断裂应变(εf)和断裂强度(σf)则随d增大而降低。变形功密度随d减小而升高，表明小尺寸晶粒时NCD的韧性增强。穿晶裂纹与沿晶裂纹的形核与扩展是主要失效机制。

研究不足

该研究仅限于2纳米至9纳米的晶粒尺寸范围，未探究实际样品中可能存在的杂质与缺陷的影响。分子动力学模拟的时间尺度为皮秒级，远大于实验中的时间尺度。

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