雙材料、多層薄膜系統(tǒng)中位錯(cuò)環(huán)界面引起的應(yīng)力問(wèn)題研究
先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院吳文旺副教授針對(duì)雙材料、多層薄膜界面對(duì)位錯(cuò)環(huán)彈性場(chǎng)的影響開(kāi)展系列研究工作，提出新的傅立葉空間半解析解，并分別考慮完美界面、非完美界面模型的差異。相關(guān)成果2016年1月發(fā)表在固體力學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊JMPS(87卷，7-37頁(yè))。
圖1：各向異性雙材料界面模型 （a）塊體應(yīng)力；（b）界面鏡像力；（c）界面附加應(yīng)力；（d）最終界面
由不同材料鋪層構(gòu)造的多層薄膜/涂層在微電子、光電器件、多功能納米復(fù)合結(jié)構(gòu)中具有廣泛的應(yīng)用，以及物理環(huán)境更為苛刻的物理環(huán)境（飛行器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、交通、新能源、核能等）。界面兩側(cè)材料彈性模量和晶體取向的差異引起的附加應(yīng)力對(duì)于理解位錯(cuò)和界面之間的相互作用機(jī)理極為關(guān)鍵，導(dǎo)致位錯(cuò)在界面上運(yùn)動(dòng)受到影響，并穿透界面或被界面吸收。
圖2：采用各向同性、各向異性模型計(jì)算CuNb雙材料中位錯(cuò)環(huán)界面彈性場(chǎng) （a）面內(nèi)變形場(chǎng)；（b）應(yīng)力場(chǎng)。其中，Cu取向[111]，Nb取向[110]，位于Nb半空間中的位錯(cuò)環(huán)半徑為5nm，距離界面10nm。
通過(guò)本課題的研究，可以得到如下結(jié)論：
?。?）基于材料應(yīng)力平衡方程，采用二維離散傅立葉變換，得到每一個(gè)傅里葉模態(tài)下的平衡方程，并提出各向異性界面彈性場(chǎng)的半解析解。同傳統(tǒng)的基于Green函數(shù)線積分、面積分計(jì)算方法不同，所提出的新方法將應(yīng)力場(chǎng)看作是傅里葉空間下的塊體應(yīng)力、鏡像力和界面附加應(yīng)力的線性疊加。
?。?）完美界面模型可以進(jìn)一步推廣到非完美界面模型，比如：位錯(cuò)型界面、力型界面、線彈簧類型界面模型等。
?。?）界面鏡像能可以寫(xiě)成界面應(yīng)力場(chǎng)積分的形式。
?。?）該半解析模型可以嵌入位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)程序中進(jìn)行大規(guī)模晶體微結(jié)構(gòu)演化模擬。
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