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IJMSD | 中国石油大学(华东)赵德敏副教授团队：温度对双层氮化硼拉伸和振动性能的影响

已有 484 次阅读 2024-3-11 19:05 |个人分类:IJMSD|系统分类:论文交流

图文导读

六方氮化硼(h-BN)是一种具有宽带隙的半导体材料，在微电子领域的热导器件和纳米谐振器中具有广阔的应用前景。单层h-BN纳米片的力学性能和振动特性已被前人广泛研究，但双层h-BN纳米片在不同温度下的力学性能和振动特性尚未被系统了解。

中国石油大学（华东）赵德敏副教授团队在《国际机械系统动力学学报(英文)》(International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD)发表题为“Effect of temperature on tensile and vibration properties of bilayer boron nitride”的研究论文。该文采用分子动力学模拟研究了5种不同堆叠模式下双层h-BN纳米片在不同温度下的拉伸和振动行为，特别关注h-BN在不同温度下5种不同堆叠模式的力学性能。研究结果表明：双层h-BN纳米片基本为各向异性材料，杨氏模量、极限应力和极限应变随晶向的变化显著；随温度的升高，双层h-BN纳米片的杨氏模量、极限应力和极限应变均减小。此外，在相同温度下，扶手椅方向拉伸的双层h-BN纳米片的杨氏模量、极限应力和极限应变小于之字形方向拉伸的纳米片。然而，只有扶手椅方向拉伸时，在较低的温度（如500 K或更低）下，才能观察到产率平台。该文还探讨了温度对5种不同堆叠模式下双层h-BN固有频率的影响。随温度的升高，双层h-BN纳米片的振动响应减小，但即使在高温条件下，其固有频率仍为千兆赫量级。该研究为深入分析双层h-BN纳米片在不同堆叠模式下的力学和振动特性奠定了基础，为双层h-BN纳米片在极端高温环境下先进纳米器件中的潜在应用提供了见解。

Hexagonal boron nitride (h-BN) is a semiconductor material with a wide band gap, holding promising potential for applications in thermal conductivity devices and nanoresonators in the field of microelectronics. Here, molecular dynamics is simulated to investigate the tensile and vibrational behaviors of bilayer h-BN under five different stacking modes across varying temperatures. The mechanical properties of five different stacking modes of h-BN at various temperatures are focused on, including Young's modulus, the ultimate stress, and the ultimate strain. Results indicate that bilayer h-BN nanosheets exhibit anisotropic characteristics, with their tensile properties decreasing as temperature increases. Additionally, we explore the influence of temperature on the natural frequency of bilayer h-BN under five different stacking modes. These results establish a fundamental understanding of the mechanical and vibrational characteristics of bilayer h-BN nanosheets under different stacking modes, contributing to their potential applications in advanced nanodevices operating in extremely high-temperature environments.

该文亮点

1.发现了双层氮化硼纳米片各向异性的现象；

2.揭示了杨氏模量、极限应力和极限应变随着晶向改变的机制；

3.分析了双层氮化硼纳米片在温度变化下的拉伸性能；

4.建立了不同温度下双层氮化硼纳米片的振动模型。

Highlights

1. The phenomenon that bilayer boron nitride (h-BN) nanosheets are anisotropic was discovered.

2. The mechanism that governs the variation of Young's modulus, ultimate stress and ultimate strain with crystal orientation was revealed.

3. The tensile properties of bilayer h-BN nanosheets under temperature variation were analyzed.

4. The vibration model of bilayer h-BN nanosheets at different temperatures was established.

Keywords:

bilayer hexagonal boron nitride,stacking mode,temperature,natural frequency,molecular dynamics simulation

DOI: 10.1002/msd2.12093

To Share:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/msd2.12093（点击链接直达原文）

To Cite: Zhao D, Fang K. Effect of temperature on tensile and vibration properties of bilayer boron nitride. Int J Mech Syst Dyn. 2023; 3(4): 397-405. doi:10.1002/msd2.12093

作者介绍

赵德敏 中国石油大学（华东）副教授/博士，主要从事微纳结构和微纳机电系统动力学研究、智能软物质动力学研究。主持了2项国家自然科学基金面上项目、2项山东省自然科学基金项目等。发表学术论文（SCI收录）20篇；授权专利1项。

方可欣 中国石油大学（华东）硕士研究生，目前研究方向为微纳结构和微纳机电系统动力学。

期刊简介

IJMSD由来自18个国家的21位院士、17位国际学会主席、20位国际期刊主编等69位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创办。主编为国际机械系统动力学学会(International Society of Mechanical System Dynamics, ISMSD)主席、中国科学院院士、南京理工大学芮筱亭院士，3位合作主编为加拿大工程院院士、欧洲科学院院士、加拿大麦吉尔大学Marco Amabili 院士，国际理论与应用力学联盟(International Union of Theoretical and Applied Mechanics, IUTAM)前司库、国际多体系统动力学协会(International Association for Multibody System Dynamics, IMSD)前主席、德国斯图加特大学Peter Eberhard 教授和美国工程院及科学院院士、欧洲科学院外籍院士、英国皇家学会外籍院士、中国科学院外籍院士、美国工程科学协会前主席、美国西北大学Yonggang Huang 院士。

IJMSD旨在用机械系统动力学科学与技术为现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能的提升提供先进的理论、软件、方法、器件、标准，为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学，所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构，还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

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