金属纳米颗粒碰撞中的耗散与塑性变形

使用分子动力学模拟研究了非晶 Fe 纳米颗粒之间的碰撞。对于半径 $R =$ 1.4 nm、$R =$ 5.2 nm 和 $R =$ 11 nm 的纳米颗粒的正碰，在所有模拟速度下均观察到黏附。将结果与 JKR 模型给出的描述进行比较。发现由于存在增强黏附行为的额外耗散过程，JKR 的预测与分子动力学模拟结果之间存在严重分歧。首先，证明了碰撞过程中发生极强的向原子振动的耗散。该耗散强到足以阻止纳米颗粒的显著回弹。此外，黏附纳米颗粒的形貌包含一个随碰撞速度增大而半径增大的“颈部”，这导致不可逆性和黏附的放大。对碰撞中应力的近似计算表明，即使对于低速碰撞，应力水平也远高于典型屈服应力值，这与观测到的塑性变形一致。进一步表明，对于 $R \leq$ 11 nm 的纳米颗粒，表面吸引的主导导致大的有效碰撞速度和塑性变形。通过获得计算量的标度关系，对高达 $R$ $\sim$ 1 $\mu$m 的更大纳米颗粒做出了预测。本工作为碰撞耗散和黏附提供了新视角，并与现代摩擦学和摩擦理解有重要联系。