基于分子動力學的納米焊接技術的模擬研究.pdf

1、碳納米管（CNT）自從1991年由飯島澄男博士發(fā)現后，由于其獨特的一維納米結構和優(yōu)良的電學、熱學、力學等特性立刻引起了廣大科研人員的關注。利用碳納米管制造的納米電子器件具有尺寸小、速度高、功耗少和造價低等優(yōu)勢，它將成為后摩爾時代取代硅材料的重要電子材料。然而，利用碳納米管制造納米電子器件面臨著許多技術難題，碳納米管與金屬電極之間的連接就是制造碳納米管電子器件難以克服的眾多技術難題之一。納米焊接技術能夠有效地解決這一難題，但是碳納米管尺寸

2、小屬于介觀尺度研究范圍，對其進行實驗操作非常困難，模擬研究可以在此發(fā)揮巨大的作用。模擬研究可以高度預測焊接結構的物理和化學性能，形象地解釋結構與性質的關系，并且可以展現出實驗中一些無法觀察到的現象，對減少實驗工作量、指導實驗、提高研究準確性都是大有幫助的。
　　本文建立了碳納米管與金屬電極垂直互連的分子動力學模型，研究了在高溫條件作用下影響焊接界面結構的主要因素，并針對性地提出適合碳納米管與金屬互連的有效方法。主要研究內容包括：<

3、br>　　（1）首先建立鋸齒型碳納米管與鎳（Ni）電極的納米焊接分子動力學模型，仿真結果表明：高溫作用下碳納米管與Ni電極納米焊接的主要物理機制包括金屬電極表層原子熔化和金屬原子受到碳納米管吸引附著其外壁表面。焊接界面結構主要包括兩種形式：一種是金屬原子填充大直徑碳納米管內部形成連續(xù)的金屬納米線；一種是金屬原子包裹在碳納米管外壁。溫度有助于焊接界面的形成，溫度越高焊接界面接觸長度越長，并且由于金屬電極表層原子的熔化，使得納米焊接過程可以

4、在低于金屬熔點的溫度下進行。相同溫度條件下，與金屬原子包裹碳納米管外壁相比，金屬原子在大直徑碳納米管內部形成連續(xù)金屬納米線所需的時間較短；當加熱時間達到一定值后，焊接界面接觸長度逐漸趨于穩(wěn)定。碳納米管直徑是影響焊接界面結構的主要因素，大直徑的碳納米管更容易在低溫條件下實現與金屬電極的互連，如果碳納米管直徑過小，金屬原子無法進入其內部形成金屬納米線。
　?。?）為了探究碳納米管類型對焊接界面的影響，分別考慮了手性型碳納米管和扶手椅型

5、碳納米管與鎳電極的納米焊接過程。結果表明碳納米管類型不是影響焊接界面結構的主要因素。冷卻對CNT-Ni焊接界面結構影響較小，冷卻速度越快焊接界面接觸長度變化越小。
　　(3)通過模擬研究碳納米管與鉑（Pt）電極的高溫焊接過程，結果表明金屬電極本身屬性是影響焊接界面結構的重要因素。碳納米管與Pt電極納米焊接的主要物理機制是Pt電極表層金屬熔化，金屬電極與碳納米管焊接界面結構取決于碳納米管對該金屬原子的吸附力與金屬原子間聚合力之比。<