软化超硬材料：单晶金刚石杨氏模量的可控变化
材料科学
2016-08-26 v1
摘要
本文首次结合实验与数值研究，探讨了缺陷单晶金刚石弹性性质的变化，通过比较 MeV 离子注入样品的纳米压痕测量结果与包含从头算原子尺度计算和介观尺度有限元方法 (FEM) 模拟的多尺度建模结果。研究发现，通过在 2x10^18 - 5x10^21 cm-3 密度范围内局部引入缺陷，可在不发生材料石墨化的情况下，显著降低金刚石晶体结构的杨氏模量及密度。从头算原子尺度模拟以较高的置信度证实了实验结果。进一步利用 FEM 模拟验证了测得的形变与刚度降低的一致性，并推导了注入区域的应变和应力水平。结合这些实验和数值结果，我们还深入了解了导致金刚石石墨化阈值深度依赖性的机制。这项工作展望了通过缺陷工程实现单晶金刚石机械性能精确可调的可能性，具有重要的技术应用前景，例如金刚石基微机械谐振器谐振频率的制造与控制。
引用
@article{arxiv.1608.07087,
title = {Softening the ultra-stiff: controlled variation of Young's modulus in single crystal diamond},
author = {A. Battiato and M. Lorusso and E. Bernardi and F. Picollo and F. Bosia and D. Ugues and A. Zelferino and A. Damin and J. Baima and N. M. Pugno and E. P. Ambrosio and P. Olivero},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.07087},
year = {2016}
}
备注
32 pages, 7 figures