基于分子动力学模拟真空成膜过程辅助实验教学
Molecular Dynamics Simulation-Assisted Experimental Teaching of Thin Film Deposition in Vacuum
DOI: 10.12677/ae.2025.15101984, PDF,    科研立项经费支持
作者: 杨 亮, 霍纯青, 涂进春：海南大学材料科学与工程学院，海南 海口；张 盛, 王小红*：海南大学化学化工学院，海南 海口
关键词: 真空镀膜；分子动力学；生长模式；虚拟仿真；实验教学；Vacuum Thin Film Deposition； Molecular Dynamics； Growth Mode； Virtual Simulation； Experimental Teaching
摘要: 真空镀膜实验因其操作复杂、知识量大及应用面广在材料类实验项目中占据重要地位，探索不同教学手段和教学方法以提高教学质量成为实验指导教师的教学任务之一。本文以分子动力学方法为工具，以金属铝、金及镍为研究对象对成膜过程及膜生长模式进行了仿真，直观展现了岛状生长、层状生长及岛状–层状生长三种膜生长模式。通过这种方法，学生可以直观观察到膜生长的微观演化过程及生长模式，提高科学素养，培养解决问题的能力。同时，该仿真方法有利于提高实验教学质量和探索基于分子动力学算法的虚实结合实验教学模式。
Abstract: Vacuum thin film deposition experiments play a crucial role in materials science education due to their complex procedures, extensive theoretical background, and broad applications. To enhance teaching effectiveness, exploring diverse instructional approaches and methods has become a key task for educators. In this study, molecular dynamics (MD) simulations were employed to investigate the deposition processes and growth modes of aluminum (Al), gold (Au), and nickel (Ni) thin films. The simulations visually demonstrated three fundamental growth modes: island growth (Volmer-Weber), layer-by-layer growth (Frank-van der Merwe), and mixed island-layer growth (Stranski-Krastanov). Through this approach, students can directly observe the microscopic evolution of film formation and distinguish between different growth mechanisms, thereby improving their scientific literacy and problem-solving skills. Furthermore, this work provides a valuable exploration of virtual-physical integrated experimental teaching based on molecular dynamics, contributing to the advancement of experimental pedagogy.
文章引用：杨亮, 霍纯青, 涂进春, 张盛, 王小红. 基于分子动力学模拟真空成膜过程辅助实验教学[J]. 教育进展, 2025, 15(10): 1410-1417. https://doi.org/10.12677/ae.2025.15101984

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