MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017163007
■00520250211152123
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798384492313
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31481952
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aLi,  Alex  Ceng.
■24510▼aMolecular  Dynamics  Simulations  of  Shock  in  Silicon  and  Diamond
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  San  Diego▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a209  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Meyers,  Marc  A.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  San  Diego,  2024.
■520    ▼aThe  dynamic  behavior  of  materials  under  shock  has  been  a  deeply  studied  topic  due  to  the  different  ways  materials  respond  to  high  strain  rate  situations  compared  to  static  compression  or  tension  conditions.  The  methods  to  study  shock  behavior  of  materials  have  advanced  greatly  since  World  War  II,  with  the  development  of  better  and  more  controllable  methods  of  producing  shock  such  as  gas  guns,  flier  plate  systems,  or  at  the  highest  range  of  experiment  and  application,  high-power  pulsed  lasers.  The  ability  to  simulate  materials  using  atomic  forces  to  recreate  physical  properties  has  also  been  developed  and  continues  to  grow  with  the  rise  in  computational  power  at  supercomputing  centers  like  those  available  at  the  national  laboratories.  These  simulations  can  now  allow  for  reproduction  or  simulation  of  experiments  containing  billions  of  atoms  that  are  on  the  micrometer  scale  and  can  occur  on  timescales  up  to  microseconds,  placing  them  squarely  in  the  territory  of  high  strain  rate  shock  experiments.This  work  focuses  on  the  study  of  shock  behavior  in  the  covalently  bonded  materials  silicon  and  diamond  carbon.  The  behavior  of  these  materials  compared  to  others  such  as  metals  varies  greatly  due  to  the  bonding,  especially  the  strength  of  the  sp3  bonds  present  in  these  diamond  cubic  materials.  Under  shock  conditions  the  differences  of  the  way  in  which  these  materials  behave  is  of  great  interest  due  to  the  uses  that  these  materials  may  have  under  high  strain  rate  conditions.  Diamond  in  particular  is  important  as  an  ablative  material  for  use  in  high  energy  density  physics  experiments,  such  as  in  the  capsule  material  for  holding  deuterium  and  tritium  fuel  in  the  inertial  confinement  fusion  effort  at  the  National  Ignition  Facility.  This  diamond  is  produced  via  chemical  vapor  deposition,  and  defects  such  as  voids  may  be  introduced  both  through  the  growth  process  and  the  preparation  methods  for  filling  the  capsules.For  silicon,  a  study  is  performed  between  different  interatomic  potentials  that  compare  and  contrast  their  efficacy  in  recreating  experimental  phenomena  such  as  elastic  constant,  melting  points,  phase  transformations,  and  amorphization.  A  method  for  easily  identifying  structure  is  applied  using  the  angular  distribution  function  of  bonds  within  unidentified  phase  changed  regions  in  shear  bands  caused  by  the  shock  and  compared  with  pristine  crystalline  units  of  known  possible  phases.For  diamond,  laser  shock  experiments  were  performed  on  [001]  oriented  diamond  above  and  below  its  Hugoniot  elastic  limit  and  confirmed  that  no  dislocations  were  present  even  above  the  expected  plasticity  threshold.  In  simulations,  the  effect  of  orientation  and  the  presence  of  voids  was  investigated.  At  a  piston  velocity  of  3.5  km/s  resulting  in  pressures  of  over  130  GPa,  the  [001]  orientation  still  produced  no  dislocations,  while  the  [011]  and  [111]  orientations  produce  considerable  dislocation  activity,  with  the  [111]  orientation  with  a  4nm  diameter  void  present  producing  ½  {001}  and  ½  {111}  dislocations  in  a  three-fold  symmetric  fashion  from  the  void.  A  resolved  shear  stress  analysis  was  performed  to  explain  why  certain  slip  planes  were  active,  dependent  upon  the  loading  conditions  and  the  orientations  diamond.  This  analysis  is  termed  the  Lu  Factor. Additional  simulations  were  performed  in  the  [111]  orientation,  investigating  plasticity  thresholds  and  their  dependence  on  void  size,  with  2  nm  diameter  voids  requiring  232  GPa  shock  pressures  to  produce  dislocations,  down  to  only  135  GPa  for  18  nm  voids.  An  analytical  model  previously  used  for  determining  critical  stress  thresholds  against  void  size  in  metals  is  modified  for  diamond  by  including  an  important  Peierls-Nabarro  term,  and  also  extending  its  applicability  to  covalently-bonded  materials  and  a  wide  range  of  void  sizes. The  results  of  this  dissertation  shed  light  on  some  of  the  behaviors  of  plasticity  in  silicon  and  diamond  carbon,  as  well  as  developing  and  refining  analytical  methods  for  the  defects  generated  in  these  materials  under  shock  compression. 
■590    ▼aSchool  code:  0033.
■650  4▼aComputational  physics
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aPhysical  chemistry
■650  4▼aComputer  science
■653    ▼aDiamond
■653    ▼aMolecular  dynamics
■653    ▼aShock  compression
■653    ▼aSilicon
■653    ▼aSimulations
■690    ▼a0794
■690    ▼a0216
■690    ▼a0984
■690    ▼a0494
■71020▼aUniversity  of  California,  San  Diego▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-04B.
■790    ▼a0033
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163007▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books