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申请/专利权人：昆明理工大学;云南云金珠宝股份有限公司

摘要：本发明公开了以多晶Cu作为基体的复合材料分子动力学模拟方法，该方法包括：一、建立Ni@SWCNTCu复合材料的分子动力学模型；二、对分子动力学模型进行拉伸、压缩和摩擦性能测试；三、对分子动力学模型进行拉伸、压缩和摩擦性能测试；四、对分子动力学模型进行纳米微区性能分析。本发明在碳纳米管铜复合材料中引入了金属镀层界面改性和多晶晶粒、晶界，建立了更加符合实际情况的分子动力学模型，可视化观察结构破坏的过程，分析微观结构变化和应力结果。研究晶界和位错对复合材料的力学性能的影响。通过对Ni@SWCNTCu复合材料力学性能的分析，为实验和工厂制备提供机理分析与参考价值。

主权项：1.以多晶Cu作为基体的复合材料分子动力学模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、Atomsk多晶建模：使用Atomsk软件生成铜的单胞，建立多晶节点文件polycrystal.txt，该文件包含20个节点，再运行程序使用polycrystal命令获得包含20个晶粒的多晶铜模型；步骤二、基本参数设置：用LAMMPS软件使用read_data命令读取步骤1的多晶铜模型，模型原子采用metal单位，原子类型为atomic，空间维度设置为三维，设置边界条件、截断半径、近邻设置、模拟时间步长等模拟参数；步骤三、模型建立：在已经建立好的多晶铜模型基础上，使用delete_atoms命令沿z轴方向删除一定层数的内层铜原子，预留出金属镀层和单壁碳纳米管足够填充的空间，再通过read_data命令将模型组合起来，得到SWCNTCu、Ni@SWCNTCu等多个模型，原子种类为二至三种，分别为Cu、C和金属镀层元素，并设置相对应的各种原子的相对原子质量；步骤四、将拉伸或压缩模型总体分为两部分，分别为固定部分和自由部分，固定部分包括上边缘和下边缘部分，其余为自由部分；将摩擦模型分为四个部分，从上到下分别磨头部分、牛顿层、恒温层和固定层；步骤五、势函数：碳纳米管中碳原子之间的相互作用用AIREBO势描述，Cu-Cu、Ni-Ni和Ni-Cu之间的相互作用由EAM势来定义，用LJ势定义了Cu-C之间的相互作用，用Morse势描述了Ni-C的相互作用；步骤六、需要通过能量最小化和驰豫后获得结构稳定的SWCNTCu、Ni@SWCNTCu等多个模型：使用共轭梯度算法进行能量最小化，使用velocity命令设置原子自由部分和固定部分的初速度，并搭配set命令和setforce命令使固定部分在整个过程中始终受力为0，以达到固定模型周边的目的；接下来在NPT系综和不同环境温度下驰豫100ps进行结构优化，驰豫完成后获得结构稳定的SWCNTCu、Ni@SWCNTCu复合材料分子动力学模型；步骤七、对分子动力学模型进行力学性能测试：对步骤三中的多个所述分子动力学模型分别进行单轴拉伸、单轴压缩和摩擦磨损模拟测试，并对所述分子动力学模型的极限抗拉抗压强度、杨氏模量、位错密度、摩擦系数和磨损率进行计算；步骤八、对分子动力学模型进行力学性能分析：根据步骤七中得到的数据分别绘制所述分子动力学模型的应力应变曲线、杨氏模量与极限强度图、位错密度图、界面微区在加载载荷过程中的变化图、磨损率与摩擦系数图，通过分析以上性能图，得到Ni@SWCNTCu复合材料的界面强化机理和力学性能参数。

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