含缺陷奈米線討論

現今對於奈米材料的觀點還存在許多不確定性，而許多學者觀點 認為，奈米材料結構本身含有大量點缺陷。在此研究中將奈米尺度下 之材料中點缺陷視為奈米材料本身之本質，換言之即點缺陷為奈米尺 度下之唯一基本缺陷，且奈米材料中亦無差排的缺陷形式存在於結構 體。

本章討論含空孔奈米線在不同缺陷率下對其結構的影響，進而改 變缺陷位置討論其影響。在含空孔奈米線強度的部份，沿著拉伸軸向

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空孔的有效面積越大，即拉伸過程中能夠承受的截面必然越小，使其 拉伸後的強度也會越弱，使其很快就產生降伏，此結果與文獻[24]相 同。故即使在相同缺陷率下，改變空孔的形狀也會對結構的強度有很 大的影響。另一方面，空孔存在的位置同時也會影響結構差排成核的 位置，由圖4.7可以很清楚的觀察到結構差排成核的位置。因為缺陷 的存在，成核點主要分部在空孔周遭，故缺陷位置對結構破壞位置有 很大的影響。破壞的位置跟拉伸的應變率有關本研究沒有另外做討 論，此現象在文獻[19]有詳細說明。

在討論缺陷位置的部份，含空孔及溝槽二者的應力應變圖比較如 圖4.15，可以明顯看出二者的差異性。在降伏應力的部份，含空孔的 應力值約為 3.96 GPa (完美結構為4.46 GPa)，而含溝槽應力值則降至 3.04 GPa，因此缺陷位置在結構強度的部份影響非常大。進一步利用 BDT stress對奈米線局部應力做分析，我們取出奈米線沿 Z 軸方向中 央約三層的厚度計算原子上的應力分佈。選擇在二者臨界應變量的結 構，而溝槽的臨界應變量為 0.068 對應到應力值約 3.04 GPa，空孔 臨界應變為 0.087 對應的應力值約 3.96 GPa，如圖4.14。我們可以 計算缺陷附近的應力集中因子，如圖4.16，在溝槽附近的原子應力可 達14.8 GPa，空孔附近的原子應力約 9.32 GPa，因此，應力集中比分 別為 4.86 和 2.35。很明顯的，溝槽的結構因為應力集中程度較強，

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而且本身結構的不對稱性，使其相較於空孔結構的降伏提早發生。在 彈性區間內，二者的曲線依舊非常相符，因此缺陷位置對楊氏係數幾 乎沒有影響。

臨界應變下穩定100 ps 前後的能量損耗，如表11。比較可發現能 量損耗大小依序是完美結構、含空孔奈米線及含溝槽奈米線，由此可 知，雖然含溝槽奈米線其本身因為應力集中的影響使它提早發生降 伏，而穩定後結構的滑移程度沒有其它二者來的劇烈。

本研究所建立的模型缺陷率最大只有1.02%而且為集中的模式，對 機械性質的影響只有在降伏應變及降應變有明顯降低的趨勢，而在楊 氏係數的部份，當缺陷率達16%而缺陷隨機分佈[23]，在[100]方向的 奈米線楊氏係數有明顯的增大的現象，而主要原因為[100]奈米線是 一個非均質(Anisotropic)奈米線，而當缺陷增加大到一定程度後已經 失去原有的方向特性，彷彿讓它變成一個均質的結構，因而楊氏係數 會有變大的現象。

此外，觀察奈米線差排成核點，如圖4.17(a)~(d)，圓形虛線框為成 核點，可發現均為在缺陷位置附近。同樣地，利用(3.5.1)式計算出應 力在滑移面上的剪應力(a)到(d)分別為2.37GPa、2.29GPa、2.57GPa及 2.33GPa，之間的誤差不大。

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