納米多層薄膜界面擴(kuò)散的非線性動力學(xué)理論研究.pdf

1、根據(jù)非均勻體系的非線性動力學(xué)離散模型推導(dǎo)出與局部原子濃度強(qiáng)相關(guān)的原子擴(kuò)散系數(shù)，引入擴(kuò)散非對稱性系數(shù)m'和有序能V參數(shù)描述非均勻體系的擴(kuò)散。采用非線性動力學(xué)離散模型計(jì)算了(VBB-VAA)=0，-0.03eV和-0.08eV，有序能V=0，-0.025eV和-0.05eV的AB二元系納米多層薄膜在擴(kuò)散溫度800K、1000K和1250K，沿面心立方晶格方向和體心立方晶格方向擴(kuò)散時的濃度分布，通過擴(kuò)散非對稱性系數(shù)m'和有序能V表征(VBB-

2、VAA)、有序能V、擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散方向的變化，研究對AB二元系納米多層薄膜界面擴(kuò)散的影響。隨著擴(kuò)散非對稱性系數(shù)m'的減小，擴(kuò)散過程中納米多層薄膜的界面由寬化逐漸向平直轉(zhuǎn)變。隨著有序能V的減小，擴(kuò)散過程中納米多層薄膜的界面形態(tài)不發(fā)生改變，但擴(kuò)散達(dá)到平衡所需的時間逐漸減少。擴(kuò)散非對稱性系數(shù)m'的改變導(dǎo)致AB二元系納米多層薄膜中A、B原子的擴(kuò)散系數(shù)存在差異，造成界面上擴(kuò)散通量不同引起了界面形態(tài)的改變，擴(kuò)散非對稱性系數(shù)m'越小，多層薄膜擴(kuò)散過程

3、中界面越平直。有序能V的減小使AB二元系納米多層薄膜中A、B原子的偏聚程度增大，導(dǎo)致納米多層薄膜的擴(kuò)散更容易達(dá)到平衡，擴(kuò)散所需的時間相應(yīng)減少。根據(jù)納米多層薄膜界面擴(kuò)散與擴(kuò)散非對稱性系數(shù)m'和有序能V的關(guān)系，通過選擇合適的二元系納米多層薄膜和處理?xiàng)l件，可以控制界面擴(kuò)散從而影響納米多層薄膜的性能。 建立了非均勻體系的非線性動力學(xué)離散模型和經(jīng)典擴(kuò)散定律之間的關(guān)系，證明了非線性動力學(xué)離散模型能夠轉(zhuǎn)化為Fick第一定律、Fick第二定律和

4、Cahn-Hilliard擴(kuò)散方程。采用非線性動力學(xué)離散模型和Fick定律計(jì)算了調(diào)制周期4.8nm和48nm，調(diào)制比為1:1的Mo/V納米多層薄膜在擴(kuò)散溫度1053K，沿體心立方晶格[100]方向擴(kuò)散時的濃度分布。通過計(jì)算Mo/V納米多層薄膜小角x射線衍射峰強(qiáng)度隨擴(kuò)散時間的變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)制周期為48nm時，非線性動力學(xué)離散模型和Fick定律計(jì)算的Mo/V納米多層薄膜擴(kuò)散是一致的，當(dāng)調(diào)制周期減小到4.8nm時，非線性動力學(xué)離散模型與Fic