超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

马天宝; 胡元中; 王  慧

doi:10.7498/aps.55.2922

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超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

马天宝 , 胡元中 , 王慧

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超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

马天宝, 胡元中, 王慧

物理学报, 2006, 55(6): 2922-2927.

doi: 10.7498/aps.55.2922

Molecular dynamics simulation of the growth and structural properties of ultra-thin diamond-like carbon films

Ma Tian-Bao, Hu Yuan-Zhong, Wang Hui

Acta Phys. Sin., 2006, 55(6): 2922-2927.

doi: 10.7498/aps.55.2922

摘要
利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程. 分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性，如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等，计算结果和现有的实验结果基本一致. 不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响，入射原子能量在20—60eV时，薄膜可以获得最优性能. 载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提，稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的.

关键词:
DLC膜 /

分子动力学模拟 /

sp3杂化比例
Abstract
Molecular dynamics simulations are performed to study the growth of diamond-like carbon (DLC) films with a thickness of 2—3nm on diamond (100) substrate. Some important structural properties characterizing the quality of the deposited films, such as sp3 hybridization fraction, film density, radial distribution function, are analyzed which turn out to be consistent with experimental results. The incident energy has significant influence on the structural properties, and hence film properties. Optimal properties are obtained when kinetic energy of the incident atoms is in the range 20—60eV. The incidence of energetic species is prerequisite for growing homogeneous, continuous and compact films. A steady-state intrinsic region is required to guarantee outstanding mechanical properties of the thin film.

Keywords:
DLC film /

molecular dynamics simulation /

sp3 hybridization fraction
作者及机构信息
马天宝,

胡元中,

王慧

1.
清华大学摩擦学国家重点实验室，北京 100084

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50390060)和国家重点基础研究发展规划基金(批准号：2003CB716201)资助的课题.
Authors and contacts
Ma Tian-Bao,

Hu Yuan-Zhong,

Wang Hui

1.
清华大学摩擦学国家重点实验室，北京 100084
参考文献

施引文献

[1]	李昌, 侯兆阳, 牛媛, 高全华, 王真, 王晋国, 邹鹏飞. Ti₃Al合金凝固过程晶核形成及演变过程的模拟研究. 物理学报, 2022, 71(1): 016101. doi: 10.7498/aps.71.20211415
[2]	徐成, 林召, 杨恺, 元冰. 蜂毒肽与二元脂膜相互作用过程的单分子运动行为. 物理学报, 2020, 69(10): 108701. doi: 10.7498/aps.69.20200166
[3]	王曦, 黎明, 叶方富, 周昕. DNA超分子水凝胶的粗粒化建模与模拟. 物理学报, 2017, 66(15): 150201. doi: 10.7498/aps.66.150201
[4]	杨文龙, 韩浚生, 王宇, 林家齐, 何国强, 孙洪国. 聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟. 物理学报, 2017, 66(22): 227101. doi: 10.7498/aps.66.227101
[5]	马姗, 马军, 杨光参. 非均匀外力对粗粒化DNA穿孔行为影响的模拟研究. 物理学报, 2016, 65(14): 148701. doi: 10.7498/aps.65.148701
[6]	袁思伟, 冯妍卉, 王鑫, 张欣欣. α-Al2O3介孔材料导热特性的模拟. 物理学报, 2014, 63(1): 014402. doi: 10.7498/aps.63.014402
[7]	王玉珍, 马颖, 周益春. 外延压应变对BaTiO3铁电体抗辐射性能影响的分子动力学研究. 物理学报, 2014, 63(24): 246101. doi: 10.7498/aps.63.246101
[8]	徐志欣, 李家云, 孙民华, 姚秀伟. 非晶纳米Ni500团簇等温晶化过程中的结构与动力学研究. 物理学报, 2013, 62(18): 186101. doi: 10.7498/aps.62.186101
[9]	董垒, 王卫国. 纯铜[0 1 1]倾侧型非共格3晶界结构稳定性分子动力学模拟研究. 物理学报, 2013, 62(15): 156102. doi: 10.7498/aps.62.156102
[10]	陈青, 孙民华. 分子动力学模拟尺寸对纳米Cu颗粒等温晶化过程的影响. 物理学报, 2013, 62(3): 036101. doi: 10.7498/aps.62.036101
[11]	宋青, 吉利, 权伟龙, 张磊, 田苗, 李红轩, 陈建敏. 含氢碳膜的生长机制: 分子动力学模拟研究低能量CH基团的作用. 物理学报, 2012, 61(3): 030701. doi: 10.7498/aps.61.030701
[12]	陈青, 王淑英, 孙民华. 纳米Cu颗粒等温晶化过程的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2012, 61(14): 146101. doi: 10.7498/aps.61.146101
[13]	汪俊, 张宝玲, 周宇璐, 侯氢. 金属钨中氦行为的分子动力学模拟. 物理学报, 2011, 60(10): 106601. doi: 10.7498/aps.60.106601
[14]	梁永超, 刘让苏, 朱轩民, 周丽丽, 田泽安, 刘全慧. 液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7930-7940. doi: 10.7498/aps.59.7930
[15]	刘永利, 赵星, 张宗宁, 张林, 王绍青, 叶恒强. TiAl/Ti3Al体系剪切变形的分子动力学研究. 物理学报, 2009, 58(13): 246-S253. doi: 10.7498/aps.58.246
[16]	陈育祥, 谢国锋, 马颖, 周益春. BaTiO3晶体结构及弹性的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(6): 4085-4089. doi: 10.7498/aps.58.4085
[17]	张兆慧, 韩奎, 李海鹏, 唐刚, 吴玉喜, 王洪涛, 白磊. Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3160-3165. doi: 10.7498/aps.57.3160
[18]	马天宝, 胡元中, 王慧. 基于原子运动模型的类金刚石薄膜生长机理研究. 物理学报, 2007, 56(1): 480-486. doi: 10.7498/aps.56.480
[19]	李欣, 胡元中, 王慧. 磁盘润滑膜全氟聚醚的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3787-3792. doi: 10.7498/aps.54.3787
[20]	文玉华, 朱弢, 曹立霞, 王崇愚. 镍基单晶超合金Ni/Ni3Al晶界的分子动力学模拟. 物理学报, 2003, 52(10): 2520-2524. doi: 10.7498/aps.52.2520

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物理学报. 2006, 55(6): 2922-2927.

doi: 10.7498/aps.55.2922.

超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

1. 清华大学摩擦学国家重点实验室，北京 100084

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50390060)和国家重点基础研究发展规划基金(批准号：2003CB716201)资助的课题.

收稿日期: 2005-12-05
修回日期: 2005-12-29
刊出日期: 2006-03-05

摘要: 利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程. 分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性，如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等，计算结果和现有的实验结果基本一致. 不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响，入射原子能量在20—60eV时，薄膜可以获得最优性能. 载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提，稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的.

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