Pengaruh Anisotropi dan Batang Butir Dalam Datar pada Film Lapisan Cu/Pd dengan Antarmuka Cube-on-Cube dan Twinned

Abstrak

Dalam materi kristal, batang butir dan anisotropi struktur kristal mempengaruhi properti mekanik mereka. Efek struktur antarmuka terhadap properti mekanik dapat beragam ketika film lapis dimuat di sepanjang arah yang berbeda. Dalam pekerjaan ini, kami melakukan serangkaian simulasi dinamika molekuler dari regangan dalam datar tunggal dan policristal film lapis Cu/Pd dengan antarmuka cube-on-cube (COC) dan twinned untuk mengeksplorasi efek struktur antarmuka, arah pemuatan dan batang butir dalam datar terhadap properti mekanik mereka. Garis dislokasi ketidakcocokan antarmuka menjadi bengkok setelah relaksasi, dan suhu tinggi 300 K ditemukan sebagai kondisi yang diperlukan. saat diregang di sepanjang arah 〈110〉, efek penguatan antarmuka COC lebih terlihat; namun saat diregang di sepanjang arah 〈112〉, efek penguatan antarmuka twin lebih terlihat, yang menunjukkan efek anisotropi struktur antarmuka terhadap properti mekanik. Namun, dalam sampel policristal saringan lebah dalam datar, antarmuka twin menunjukkan efek penguatan yang jelas, dan tidak ada dislokasi jogged yang diamati.

Pendahuluan

Film lapis logam terstruktur nano (NMM) telah menarik banyak perhatian karena properti mekanik yang luar biasa [1,2,3], yang biasanya lebih unggul dari konstituennya. Antarmuka, zona transisi antara lapisan individual yang berbeda, adalah salah satu cacat datar yang paling umum dalam film NMM, yang dapat bertindak sebagai sumber dan penampan cacat melalui penyerapan dan penghancuran, hambatan dan situs penyimpanan cacat [4,5,6,7].

Antarmuka dalam film NMM dapat dibagi menjadi antarmuka koheren, semi-koheren dan non-koheren berdasarkan ketidakcocokan jaringan konstituen di kedua sisi antarmuka [4]. Film lapis tembaga-palladium (Cu/Pd) dan emas–nikel (Au/Ni) adalah film lapis paling awal yang ditemukan yang memiliki properti mekanik yang luar biasa [8]. Yang et al. mengukur modulus elastis biaxial Y[111] dari film lapis Cu/Pd dan Au/Ni dengan pengujian membulir dan menemukan bahwa modulus elastis biaxial mereka meningkat secara drastis dari 0,27 hingga 1,31 TPa dan dari 0,21 hingga 0,46 TPa, masing-masing [8]. Selanjutnya, Davis et al. menggunakan teknik yang lebih canggih untuk mengukur properti elastis dan struktural film lapis Cu/Pd dan Cu/Ni dengan tekstur pertumbuhan dan amplitudo modulasi komposisi yang sama [9, 10]. Namun, tidak ada perilaku elastis anomali yang signifikan yang diamati [9, 10], yang menimbulkan pertanyaan apakah efek supermodulus ada dalam Cu/Pd multilayer. Properti mekanik NMM sangat bergantung pada struktur antarmuka antara lapisan individual yang berdekatan [11]. Howe et al. menyelidiki struktur antarmuka film Pd pada Cu(111) dan menemukan bahwa Pd tumbuh dalam struktur FCC twinned di sepanjang arah 〈111〉 [12]. Struktur twinned pada antarmuka biasanya memiliki efek yang mendalam pada kekuatannya [11].

Weng et al. menyelidiki efek struktur antarmuka terhadap perilaku deformasi film lapis Cu/Ni dengan antarmuka koheren, semi-koheren dan koheren twin menggunakan simulasi dinamika molekuler (MD) dan menemukan bahwa antarmuka twin koheren menunjukkan penguatan yang signifikan [7]. Namun, dalam pekerjaan kami terbaru, efek penguatan yang tidak terlihat dari antarmuka twin dalam film lapis Cu/Pd diamati saat regangan di sepanjang arah 〈110〉 [13]. Selain itu, bentuk jaringan dislokasi ketidakcocokan akan berubah selama minimisasi energi dan relaksasi. Shao et al. menyelidiki mekanisme relaksasi antarmuka dan evolusi jaringan dislokasi antarmuka dalam film lapis Cu/Ni melalui simulasi MD [14,15,16,17]. Arah beban dalam karya ini seringkali tegak lurus terhadap antarmuka, disebut sebagai luar bidang [7, 18, 19]. Namun, antarmuka dapat memainkan peran yang berbeda saat dimuat di sepanjang arah yang berbeda karena anisotropi properti mekanik kristal [20,21,22,23].

Selain itu, film lapis lebih cenderung diberikan beban sejajar dengan antarmuka dalam praktik, disebut sebagai beban dalam bidang. Zhou et al. mengusulkan mekanisme penguatan yang dikendalikan oleh banyak dislokasi jogged yang diperpanjang seperti rantai kalung dalam logam nano-twinned berbutir kolum yang diberi beban eksternal sejajar dengan bidang twin [20], yang juga diamati dalam Cu/Ni multilayer [21]. Dislokasi jogged ini jarang ditemukan dalam simulasi di bawah beban luar bidang [7, 18, 19, 24]. Dalam simulasi MD yang tersedia dari regangan dalam bidang, sampel biasanya diregang di sepanjang arah tertentu, yaitu arah 〈112〉 atau 〈110〉 [25]. Namun, sedikit studi komparatif di bawah regangan di sepanjang kedua arah ini telah dilakukan. Di sisi lain, lapisan individual dari film lapis yang disiapkan oleh eksperimen biasanya dalam bidang policristal yang mengandung banyak batang butir (GB) tegak lurus terhadap antarmuka.

Dislokasi jogged yang disebutkan di atas sering diamati dalam film twinned koheren atau film lapis twinned dengan ketidakcocokan kecil. Apakah dislokasi jog ini dapat terbentuk dalam film antarmuka twin dengan ketidakcocokan tinggi masih tidak diketahui. Film lapis Cu/Pd adalah film lapis paling awal yang ditemukan yang memiliki properti mekanik yang luar biasa [8, 12, 26,27,28]. Ketidakcocokan jaringannya (~ 7,07%) lebih besar daripada film lapis Cu/Ni (~ 2,7%). Oleh karena itu, mekanisme penguatan dan penlemahan [7, 14,15,16,17] yang diperoleh dari film lapis Cu/Ni mungkin tidak dapat diterapkan pada film lapis Cu/Pd. Dua jenis antarmuka umum [3], twin dan antarmuka cube-on-cube, diamati dalam film lapis Cu/Pd melalui karakterisasi eksperimental [12]. Memahami efek struktur antarmuka terhadap properti mekanik film lapis akan signifikan untuk merancang film lapis nano-multilayer berkinerja tinggi dengan ketidakcocokan jaringan yang besar.

Dalam pekerjaan ini, dua jenis sampel dengan kristal saringan lebah dalam datar dan kristal tunggal dikembangkan. Untuk setiap jenis sampel, dua jenis antarmuka (cube-on-cube dan twin) dipertimbangkan. Kemudian kami melakukan serangkaian simulasi MD regangan dari film lapis Cu/Pd ini untuk mengeksplorasi efek struktur antarmuka, arah pemuatan, dan batang butir dalam bidang terhadap properti mekanik mereka.

Metode

Tiga set parameter untuk Cu–Cu, Pd–Pd, dan Cu–Pd perlu diidentifikasi, masing-masing. Kami memilih potensi embedded atom method tetangga terdekat kedua (2NN MEAM) [29, 30] untuk menggambarkan interaksi antara atom. Untuk Cu–Cu dan Pd–Pd, parameter potensinya telah dikembangkan oleh Lee et al. [31]. Berdasarkan parameter potensi elemen tunggal, kami mencocokkan satu set parameter potensi biner Cu–Pd dalam pekerjaan kami sebelumnya [26], seperti yang tercantum dalam Tabel 1. Parameter ini dapat mereproduksi properti fisik dan mekanik dasar Cu, Pd murni dan aloi mereka dan menggambarkan mekanisme pembentukan twin pertumbuhan [26].

Film lapis FCC/FCC cenderung tumbuh di sepanjang arah 〈111〉 dan hubungan orientasi antarmuka diidentifikasi sebagai {111}_FCC/{111}_FCC [32, 33]. Oleh karena itu, kami hanya mempertimbangkan antarmuka Cu{111}/Pd{111} dalam pekerjaan ini. Dua jenis sampel dengan kristal tunggal dalam bidang (SC) dan kristal saringan lebah (HC) dibangun, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1a dan b. Untuk setiap jenis sampel, antarmuka cube-on-cube (COC) dan twin dipertimbangkan. Dengan demikian, empat sampel dibangun, dinamai SC COC, SC Twin, HC COC dan HC Twin. Untuk SC COC, orientasi kristal lapis Cu dan lapis Pd identik; namun untuk SC Twin, orientasi kristal mereka simetris terhadap antarmuka twin, seperti yang ditunjukkan dalam inset Gambar 1a. Hubungan orientasi dan dimensi setiap arah tercantum dalam Tabel 2.

Pengaruh Anisotropi dan Batang Butir Dalam Datar pada Film Lapisan Cu/Pd dengan Antarmuka Cube-on-Cube dan Twinned

Sampel saringan lebah dalam bidang dibangun menggunakan metode konstruksi Voronoi dengan kristal tunggal dalam bidang sebagai unit perwakilan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1b. Dalam sampel HC, terdapat empat butir, yang hubungan orientasi mereka terkait kristal tunggal (Gambar 1a) adalah rotasi searah jarum jam 25°, 55°, 85° dan 0° tentang sumbu z, masing-masing. Ukuran HC COC dan HC Twin tercantum dalam Tabel 2.

Minimasi energi pertama kali digunakan untuk mengoptimalkan struktur antarmuka pada 0 K. Kemudian, relaksasi dilakukan pada setiap sampel dalam ensemble isothermal-isobaric (NPT) [34, 35] pada 300 K selama 20 ps untuk mencapai sistem seimbang dengan tekanan nol di arah x-, y- dan z-. Simulasi regangan uniaxial dari SC COC dan SC Twin di sepanjang arah yang berbeda (x- atau y-) dengan laju regangan 5 × 10⁸ s⁻¹ dilakukan dengan Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) [36]. Kami juga melakukan simulasi regangan dari HC COC dan HC Twin untuk mempelajari efek batang butir dalam bidang dan struktur antarmuka terhadap properti mekanik mereka. Selama pemuatan, tekanan di dua arah lainnya dipertahankan pada nol untuk memenuhi persyaratan deformasi regangan uniaxial. Dalam semua simulasi, kondisi batas periodik diterapkan di sepanjang arah x-, y- dan z-.

Kami memilih algoritma ekstraksi dislokasi (DXA) [37] untuk menganalisis struktur lokal, menggunakan yang atom dapat dibagi menjadi berbagai jenis (FCC, BCC, HCP, dll.) berdasarkan struktur lokal mereka. Ia dapat mengidentifikasi dislokasi umum dalam kristal FCC dan menentukan vektor Burger mereka serta menghasilkan garis dislokasi [37]. Atom diwarnai sesuai aturan berikut: hijau untuk FCC, merah untuk HCP, biru untuk BCC dan putih untuk "lainnya" struktur kristal lokal. Diketahui bahwa baik stacking faults (SFs) maupun twin boundaries/interfaces (TBs/TIs) diidentifikasi sebagai struktur HCP, dan dua lapis atom merah yang berdekatan serta satu lapis atom merah adalah SF dan TB/TI, masing-masing. Perangkat lunak visualisasi open-source, OVITO [38], digunakan untuk memvisualisasikan evolusi mikrostruktur.

Hasil dan Pembahasan

Karakterisasi Struktur Antarmuka

Gambar 2 menunjukkan konfigurasi atom antarmuka dalam SC COC dan SC Twin setelah minimisasi energi dan relaksasi, di mana atom yang diidentifikasi sebagai FCC telah dihapus untuk kejelasan. Dari Gambar 2, kita dapat melihat bahwa jaringan dislokasi ketidakcocokan antarmuka memiliki periodicitas segitiga, yang konsisten dengan film lapis Ag(111)/Ni(111) [39]. Perbedaannya adalah antarmuka dalam SC COC terdiri dari wilayah koheren (CRs) dan wilayah SF yang bercampur. Sebaliknya, antarmuka dalam SC Twin sepenuhnya terdiri dari TB. TB ini berada pada lapisan atom yang berdekatan dan terdiri dari atom Cu dan Pd yang bergantir dalam segitiga berdekatan, yang juga dapat dikonfirmasi oleh ketinggian dua garis merah padat (mewakili TB) dalam inset Gambar 1a. Selama minimisasi energi, energi potensial sistem diminimalkan oleh pergeseran atom yang kecil, dan ukuran sampel di setiap arah tidak dapat berubah bebas. Pada tahap ini, terutama untuk mengoptimalkan struktur lokal, khususnya struktur antarmuka. Oleh karena itu, garis dislokasi tetap lurus setelah minimisasi energi, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2a dan b. Selama minimisasi energi, ukuran sampel tetap, yang akan menimbulkan stres sisa di semua arah. Stres sisa ini tidak dapat dilepaskan cukup setelah minimisasi energi.

Selama relaksasi, ukuran sampel memungkinkan berubah untuk melepas stres sisa ke tekanan nol di semua arah. Setelah relaksasi, garis dislokasi ketidakcocokan menjadi bengkok (Gambar 2c, d). Fenomena jaringan dislokasi ketidakcocokan ini juga dapat ditemukan pada antarmuka Cu{111}/Ni{111} semi-koheren [40, 41]. Dengan membandingkan jumlah atom dengan struktur lokal yang berbeda, terutama HCP, kita dapat menemukan bahwa jumlah atom dalam struktur jaringan yang berbeda berubah secara tidak signifikan, yang menunjukkan bahwa total luas SF dan TB berubah secara tidak signifikan.

Untuk mengeksplorasi apakah suhu adalah kondisi yang diperlukan untuk pembengkokan garis dislokasi, sampel setelah minimisasi direlaksasi pada suhu rendah 10 K untuk perbandingan dan ditemukan bahwa garis dislokasi tetap lurus. Oleh karena itu, suhu yang lebih tinggi adalah kondisi yang diperlukan untuk menyebabkan pembengkokan garis dislokasi. Secara spesifik, karena aktivasi termal yang meningkat pada suhu tinggi, atom di sekitar garis dislokasi dapat mengatasi hambatan energi untuk bergerak dari satu kolom atom ke kolom atom padat yang berdekatan. Oleh karena itu, besarnya pembengkokan dislokasi hanya satu hingga dua jarak lapisan atom. Pembengkokan serupa dari garis dislokasi dalam jaringan dislokasi juga dapat diamati pada sampel dengan kristal saringan lebah dalam bidang (HC COC dan HC Twin).

Efek Arah Pemuatan

Gambar 3 menunjukkan kurva stres–strain (σ–ε) dari SC COC dan SC Twin saat diregang di sepanjang arah yang berbeda pada laju regangan 5 × 10⁸ s⁻¹, di mana dapat dilihat bahwa semua kurva ini tumbuh linear hingga titik tertinggi, kemudian menurun dengan cepat hingga nilai tertentu dan berfluktuasi di sekitarnya. Modulus Young E diperoleh dengan mencocokkan kemiringan kurva dalam rentang regangan 0,00–0,03, seperti yang tercantum dalam Tabel 3. Kita dapat melihat bahwa E di sepanjang y [\overline{2}11] (145,62 GPa untuk SC COC dan 142,95 untuk SC Twin) lebih besar daripada di sepanjang x [01\overline{1}] (135,04 GPa untuk COC dan 133,84 GPa untuk Twin). E di sepanjang arah yang sama tetapi dengan struktur antarmuka yang berbeda hampir identik, yang menunjukkan ketergantungan yang tidak signifikan dari E pada struktur antarmuka yang terlibat dalam pekerjaan ini, yang konsisten dengan hasil eksperimental film lapis Cu-Co [42], Cu/Pd dan Cu/Ni [9] multilayer.

Dalam materi kubik, modulus elastis di sepanjang orientasi mana pun dapat ditentukan dari konstanta elastis dengan menerapkan persamaan berikut [22]:

1/E_ijk = S₁₁ − 2(S₁₁ − S₁₂ − 1/2S₄₄) × (l_i1² l_j2² + l_j2² l_k3² + l_i1² l_k3²)

di mana S₁₁, S₁₂, dan S₄₄ adalah konstanta kepatuhan elastis; E_ijk adalah modulus Young di arah [ijk]; l_i1, l_j2 dan l_k3 adalah kosinus arah [ijk]. Namun, koefisien tentang arah kristal (l_i1² l_j2² + l_j2² l_k3² + l_i1² l_k3²) dalam Eq. (1) di sepanjang arah 〈112〉 dan 〈110〉 identik (0,25), oleh karena itu, untuk Cu dan Pd, E_〈112〉 = E_〈110〉. Saat deformasi sejajar dengan antarmuka, aturan campuran, E_[ijk]^Cu/Pd = E_[ijk]^Cu f_Cu + E_[ijk]^Pd f_Pd, dapat digunakan untuk menghitung E. f_Cu dan f_Pd adalah fraksi volume Cu dan Pd, masing-masing, dan f_Cu + f_Pd = 1. Dalam pekerjaan ini, f_Cu dan f_Pd invariant untuk sampel dengan antarmuka yang berbeda. Oleh karena itu, E_〈112〉^Cu/Pd harus sama dengan E_〈110〉^Cu/Pd. Namun, E di sepanjang 〈110〉 dan 〈112〉 berbeda, yang harus disebabkan oleh anisotropi elastis zona yang dipengaruhi antarmuka [6, 42].

Stres maksimum (σ_m) yang diperoleh oleh regangan di sepanjang sumbu y lebih besar daripada di sepanjang sumbu x untuk antarmuka COC dan Twin, yang harus disebabkan oleh faktor Schmid μ. σ_m dari kurva sesuai dengan nukleasi dislokasi [43,44,45]. μ = cos φ cos λ, di mana φ dan λ adalah sudut di antara arah regangan dan arah normal bidang licin dan sudut di antara arah regangan dan arah licin, masing-masing. Selain itu, saat regangan di sepanjang x [01\overline{1}], σ_m dan regangan yang sesuai ε_m dari SC COC sedikit lebih tinggi daripada SC Twin, yang konsisten dengan karya Weng et al. [25]. Namun, saat regangan di sepanjang y [\overline{2}11], σ_m dan ε_m dari SC COC sedikit lebih rendah daripada SC Twin. Kami lebih lanjut melakukan simulasi MD tambahan pada laju regangan yang lebih rendah 1 × 10⁸ s⁻¹ dan mendapatkan hasil yang serupa. Namun, secara keseluruhan, perbedaan di antaranya kecil dan dapat hampir diabaikan.

Setelah stres mencapai titik tertinggi, banyak dislokasi secara beruntun untuk melepaskan energi potensial elastis yang tersimpan, yang menyebabkan penurunan cepat stres [46]. Interaksi antara dislokasi, interaksi antara dislokasi dan antarmuka, dan nukleasi dislokasi baru adalah mekanisme utama pada tahap stres aliran. σ_f adalah stres rata-rata dalam 0,121 < ε < 0,150, seperti yang tercantum dalam Tabel 3. Berbeda dengan perbedaan kecil dalam E, σ_m dan ε_m, perbedaan antara σ_f untuk struktur antarmuka yang berbeda sangat signifikan. Saat regangan di sepanjang x [01\overline{1}], σ_f dari SC COC lebih besar daripada SC Twin, yang menunjukkan efek penguatan antarmuka COC lebih nyata daripada antarmuka Twin, yang konsisten dengan karya Weng et al. [25]. Namun, saat regangan di sepanjang y [\overline{2}11], σ_f dari SC Twin 15,55% lebih besar daripada SC COC, yang menunjukkan penguatan yang jelas dari antarmuka twin, yang sepadu dengan pengetahuan tradisional tentang efek penguatan batas twin. Perbandingan stres aliran di kedua arah ini menunjukkan bahwa efek penguatan struktur antarmuka bergantung pada arah pemuatan. Pada bagian aliran, kami akan meninjau respons mekanik sampel kristal saringan lebah dalam bidang.

Efek Batang Butir Dalam Bidang

Kami lebih lanjut melakukan simulasi MD regangan dari HC COC dan HC Twin pada laju regangan 5 × 10⁸ s⁻¹, dan kurva σ–ε ditunjukkan dalam Gambar 3c. Secara serupa, kita dapat memperoleh E, σ_m, ε_m, dan σ_f, seperti yang tercantum dalam Tabel 3. Perhatikan bahwa E diperoleh dengan mencocokkan kemiringan kurva σ–ε dari HC COC dan HC Twin dalam rentang regangan 0,0–0,02, dan σ_f adalah stres rata-rata dalam 0,081 < ε < 0,100. Untuk HC COC dan HC Twin, E mendekati dan terletak antara E dari sampel SC di sepanjang x [01\overline{1}] dan y [\overline{2}11]. E sedikit lebih besar daripada hasil eksperimen (115–125 GPa)[9], yang harus disebabkan oleh sampel atom ideal yang digunakan dalam pekerjaan ini tanpa mempertimbangkan cacat tambahan seperti kekosongan dan kotoran. σ_m mereka lebih rendah daripada sampel SC, yang dapat disebabkan oleh dislokasi lebih mudah untuk diknukleasi yang diinduksi oleh konsentrasi stres lokal dengan perkenalan batang butir dalam bidang. Mengambil antarmuka twin sebagai contoh, Gambar 4 menunjukkan mikrostruktur lokasi nukleasi dislokasi setelah stres mencapai titik tertinggi, di mana dapat dilihat bahwa dalam HC Twin, dislokasi diknukleasi dari persimpangan batang butir dan antarmuka twin (Gambar 4a), sementara dalam sampel SC Twin, dislokasi diknukleasi dari antarmuka twin baik diregang di sepanjang x [01\overline{1}](Gambar 4b) dan y [\overline{2}11] (Gambar 4c).

Meskipun σ_m dari sampel HC lebih rendah daripada sampel SC, σ_f dari sampel HC lebih tinggi daripada sampel SC, yang menunjukkan efek penguatan batang butir dalam bidang. Penguatan ini terutama berasal dari aspek-aspek berikut: (1) Batang butir dalam bidang menyediakan lebih banyak titik nukleasi untuk dislokasi sehingga lebih banyak dislokasi diknukleasi, dan dislokasi ini dihalangi oleh antarmuka COC dan Twin; (2) Batang butir dalam bidang menghalangi dislokasi. Selain itu, σ_f dari HC Twin lebih tinggi daripada HC COC, yang menunjukkan bahwa efek penguatan dislokasi yang dihalangi oleh antarmuka twin lebih jelas daripada oleh antarmuka COC.

Gambar 5 menunjukkan mikrostruktur HC Twin pada tahap aliran plastis. Perlu dicatat bahwa selama pemuatan, nukleasi dan licin dislokasi parsial yang membentuk SFs, gerakan dislokasi dan SFs yang dibatasi oleh antarmuka yang menginduksi lisin parsial seperti rambut kuda dan reaksi saling antara dislokasi parsial yang membentuk dislokasi stair-rod adalah mekanisme deformasi utama. Tidak ada dislokasi jogged rantai kalung yang diamati, yang sering diamati dalam film lapis Cu/Ni [21] dan Cu nano-twinned [20] pada regangan dalam bidang. Ini terutama karena ketidakcocokan jaringan yang besar dari film lapis Cu/Pd dengan struktur antarmuka yang lebih rumit (Gambar 2).

Dibandingkan dengan materi kristal tunggal, properti mekanik sampel policristal seringkali lebih bergantung pada laju regangan. Oleh karena itu, kami melakukan simulasi MD lebih banyak dari regangan untuk sampel HC (HC COC dan HC Twin) di sepanjang arah x- dan SC Twin di sepanjang arah x- dan y- menggunakan laju regangan yang bervariasi dari 5 × 10⁷ s⁻¹ hingga 5 × 10⁹ s⁻¹. Kurva σ–ε ditunjukkan dalam Gambar 6a dan b, di mana dapat dilihat bahwa stres meningkat linear hingga titik tertinggi dan kemudian menurun. Untuk sampel HC, stres berfluktuasi seiring meningkatnya regangan pada laju regangan rendah di tahap penurunan, sementara fluktuasi stres tidak jelas pada laju regangan tinggi (Gambar 6a dan b). Gambar 6c dan d menunjukkan variasi σ_m dan σ_f terhadap laju regangan, di mana σ_m dan σ_f meningkat seiring meningkatnya laju regangan. σ_m dari SC Twin di sepanjang arah y jauh lebih besar daripada sampel lain, yang harus disebabkan oleh faktor Schmid μ yang disebutkan di atas. Namun, karena efek penguatan batang butir dalam bidang, σ_f dari sampel HC dekat dengan SC Twin di sepanjang arah y. Selain itu, σ_f dari sampel dengan antarmuka twinned lebih tinggi daripada yang memiliki antarmuka COC pada laju regangan tinggi (1 × 10⁸ s⁻¹ hingga 5 × 10⁹ s⁻¹), yang menunjukkan efek penguatan antarmuka twinned, tetapi seiring meningkatnya laju regangan, efek penguatan ini melemah. Perlu dicatat bahwa pada laju regangan 5 × 10⁷ s⁻¹, σ_f dari HC Twin lebih rendah daripada HC COC, yang mungkin disebabkan oleh fakta bahwa jumlah dislokasi yang diknukleasi pada laju regangan rendah lebih sedikit yang mengakibatkan penguatan antarmuka twin yang melemah.

Conclusions

In this work, molecular dynamics tension simulations of in-plane single and polycrystalline Cu/Pd multilayered films with COC and twinned interfaces were performed along various directions to explore the effects of the interfacial structure, loading direction and in-plane grain boundaries on the mechanical properties. We found that the interfacial misfit dislocations present a triangular network structure, and the misfit dislocations lines bend after relaxation. The high temperature of 300 K was a necessary condition for the bending of the dislocation line. The elastic modulus of the sample has no obvious dependence on the interface structure, but it is related to the loading direction. The strengthening effect of the COC interface is noticeable when stretched along the 〈110〉 direction; however, the strengthening effect of the twin interface is visible, when stretched along the 〈112〉 direction, showing the anisotropic effect of interfacial structure on mechanical properties. Finally, in the in-plane honeycomb polycrystalline model, the twin interface showed a pronounced strengthening effect, and no jogged dislocations were observed.

Availability of data and materials

The datasets used or analyzed during the current study are available from the corresponding authors on reasonable request.

Abbreviations

Cu:: Copper
Pd:: Palladium
Ni:: Nickel
Ag:: Silver
COC:: Cube-on-cube
NMM:: Nanostructured metallic multilayered
GB:: Grain boundary
MD:: Molecular dynamics
2NN MEAM:: Second nearest-neighbor modified embedded atom method
FCC:: Face-centered cubic
BCC:: Body-centered cubic
HCP:: Hexagonal close-packed
SC:: Single-crystal
HC:: Honeycomb crystal
LAMMPS:: Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator
NPT:: Constant number of particles, pressure and temperature
DXA:: Dislocation extraction algorithm
SF:: Stacking fault
TB:: Twin boundary
TI:: Twin interface
σ–ε :: Stress–strain
E :: Young's modulus
σ _m :: Maximum stress

Deteksi H₂S Ultra-Sensitif dan Selektif dengan Film Tebal CuO/SnO₂ melalui Pendekatan Penjaranan Hinggur-Impregnasi Biosensor Kapasitif Nanokomposit Zeolit-Oksida Besi Lanjutan untuk Deteksi Sepsis IL-3 yang Cepat

bahan nano