[發明專利]一種用于飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬方法

在審

• 申請號: 202310433491.8
• 申請日: 2023-04-21
• 公開（公告）號: CN116469493A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 姜瀾;吉鵬飛;郭建吾
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C10/00;G06F30/20;G06F119/08;G06F113/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種用于飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，建立金屬納米顆粒模型，并使用細網格對顆粒進行進一步細分，作為納米顆粒的電子網格；

第二步，針對所建立的模型，獲得在激光能量源項作用下沉積在金屬納米顆粒電子網格中的能量；

第三步，建立雙溫方程耦合分子動力學模型，模擬飛秒激光燒結金屬納米顆粒的過程；根據雙溫方程計算出在該激光能量源項作用，得到每個電子網格中的電子溫度T_e，進而得到金屬納米顆粒的電子溫度分布，同時計算出納米顆粒中每個電子網格通過電子聲子耦合所傳遞給晶格的能量，即電子聲子耦合能量；根據所得的電子聲子耦合能量并結合分子動力學計算出納米顆粒中每個原子的運動信息，從而獲得納米顆粒中的晶格溫度分布以及顆粒的燒結過程，即完成飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬。

2.如權利要求1所述的一種用于飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬方法，其特征在于：激光能量源項使用高斯分布，其在表達式如下：

其中J,t_p,R和L_op分別為激光通量、激光脈寬、材料的光學特性反射率和光學透射深度，z為激光沿透射方向的深度，t為激光輻照的時間。

3.如權利要求1所述的一種用于飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬方法，其特征在于：采用如下方法獲得激光能量源項沉積在金屬納米顆粒的電子網格中的能量：首先，對所有電子網格進行遍歷，并對電子網格中存在原子的電子網格進行標記；接著，識別出沿著激光輻照方向上首個被標記的電子網格，作為受該激光能量源輻照下金屬納米顆粒的表面；然后，通過遍歷所有被標記的網格，使用式(1)計算出在該飛秒激光能量源輻照下，沉積在每個電子網格中的能量。

4.如權利要求1所述的一種用于飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬方法，其特征在于：所述雙溫方程耦合分子動力學模型表達式：

其中，T_e和T_l分別表示電子溫度與晶格溫度，C_e，k_e和G_e-ph分別代表電子熱容，電子熱導率和電聲耦合系數，為金屬納米顆粒的熱學特性，S表示權利要求2中所述激光能量源項；公式(3)下標i代表第i個原子，m,v分別表示原子的質量和速度，U(r₁,…r_n)是通過勢函數計算獲得的原子系統的勢能；是Langevin力，代表電聲耦合的能量通過力的形式施加在原子上。

5.如權利要求4所述的一種用于飛秒激光燒結金屬納米顆粒的模擬方法，其特征在于：金屬納米顆粒的熱學特性，將分別采用如下表達式進行計算：

電子熱容：

其中，a₀～a₄為常數，該系數為通過量子處理方法計算所得的電子熱容擬合獲得的；

電子熱導：

k_e＝λC_e?????????????????????(5)

其中λ為熱擴散系數；

電聲耦合系數：

其中，G₀為金屬材料在室溫下的電聲耦合系數，A_e和B_l分別為電子和電子碰撞頻率以及電子和聲子碰撞頻率。