大数据-算法-纳米多层薄膜非线性扩散动力学研究.pdf

本文主要探讨了纳米多层薄膜中的非线性扩散动力学特性，这是大数据和算法在材料科学领域的应用之一。纳米多层薄膜因其独特的纳米结构和大量界面，呈现出与传统材料不同的扩散行为。传统的扩散理论，如Fick定律，无法充分解释这种非线性现象。 论文建立了一个基于Martin的非均匀体系置换扩散的非线性动力学离散模型，它能够转化为Fick第一定律、Fick第二定律以及Cahn-Hilliard扩散方程的形式。通过这个模型，研究者分析了AB二元系纳米多层薄膜的置换扩散，并引入扩散非对称性系数M来描述原子相互作用力的差异对扩散的影响。随着M值减小，扩散过程中的界面形态从宽化变为平直。同时，有序能V的减小会减少达到扩散平衡所需的时间，但不影响浓度分布和界面形态。 此外，论文还建立了一个非均匀体系间隙扩散的非线性动力学离散模型，利用浓度相关性系数λ和弛豫时间τ来刻画非线性间隙扩散。不同基体亚点阵情况下的间隙固溶体，其界面形态和厚度随λ的变化而变化。研究发现，MC/M纳米多层薄膜（d3d过渡族金属元素）和TiC/Ti纳米多层薄膜的间隙扩散受到碳原子间相互作用力Vc和调制比r的影响。 论文进一步探讨了纳米多层薄膜的渗氢模型，这涉及到在多层薄膜亚层内和界面处的扩散行为。利用Fick第二定律和间隙原子化学位相等的条件，构建了外界氢原子在纳米多层薄膜中间隙扩散的模型。实验结果表明，Fe/Ti纳米多层薄膜在不同温度和时间的渗氢处理后，仍保持原有的调制结构，但H原子浓度随时间增加而增大，且随调制周期减小而降低。 这篇论文深入研究了纳米多层薄膜中非线性扩散动力学的理论和实验，为理解和模拟这类材料的扩散行为提供了重要的理论工具。这些研究成果不仅有助于完善扩散理论，也为设计和优化纳米多层薄膜的性能提供了指导，特别是在材料工程、半导体制造和能源存储等领域有广泛的应用前景。