材料機械性質模擬技術的發展現況

許文東 ； 黃凱昇

《化工》 67卷6期 (2020/12) Pp. 167-176

https://doi.org/10.29803/CE.202012_67(6).0006

摘要

機械性質一直以來是材料在應用上必須考慮的一環，因為應用上從尺度是數公尺的水泥塊或鋼樑到尺度是奈米的電晶體或記憶體元件在製作上都必須要考量機械性質匹配的問題，才能讓人們所設計的結構體如期運作。在所有機械性質當中，材料彈性變形部分的機械性質在應用上最為重要。因此本文介紹兩種彈性機械性質在原子等級模型的計算方法。此兩種方法分別為應變能－應變法以及應力－應變法。文章由巨觀的機械性質出發，闡述巨觀的量測如何對應到微觀的晶格形變。再引出如何從微觀的晶格模型計算最重要且基本的彈性機械性質－彈性模數。由彈性模數出發，可以進一步得到體積模量、剪切模量、楊氏模量和蒲松比等重要的巨觀觀測之機械性質。本文所回顧的計算方法，可以讓讀者了解如何由微觀的材料得到巨觀的彈性機械性質，這些性質可以進一步套入固體力學當中，用以模擬實際的機械結構或是元件等，將有助於解決結構設計或是元件開發會遭遇的問題，如封裝製程當中的結構應力匹配等問題。