工业革命以来三次产业革命的发展将材料研究带入纳米时代,微纳机电系统(MEMS/NEMS)等高精密仪器相继问世。电子集成电路,以及电子芯片等随着系统集成度增加,功能逐渐增强的同时,对器件尺寸要求越来越小。目前大规模集成电路的线宽已经达到70 nm,这对材料的性能提出了更高的要求。受器件空间尺寸的限制,集成电子电路,MEMS/NEMS等设备中的材料主要以纳米薄膜形式存在。纳米Cu/Al金属多层膜是在单层膜和复合薄膜的基础上,以铜、铝两种金属材料为组元,并以相同或不同厚度的铜、铝薄膜相互叠加组成的纳米多层膜材料。Cu/Al多层膜兼具铜、铝各自优良的物理和化学性能,常用于航空航天和微电子领域,而Cu/Al铝多层膜力学性能是其实现实用化的重要指标。本文主要采用分子动力学方法研究了不同浇铸温度和浇铸时间下Cu/Al多层膜界面原子的扩散过程及其力学性能,并且研究了空间尺寸(调制周期与调制比)对Cu/Al多层膜力学性能的影响,结果表明:随着浇铸时间和浇铸温度的增加,铜、铝原子扩散数目增多,同温度下铜原子扩散到铝侧的数目比铝原子扩散到铜侧的多。随着浇铸温度的升高,铜和铝原子的扩散系数均增大,同温度下铜的扩散系数大于铝的扩散系数,界面区过渡层厚度也在不断增大,导致Cu/Al多层膜力学性能发生变化,抗拉强度随浇铸温度的升高先增加后减小,在浇铸温度1013 K下,其抗拉强度达到最大值4.02GPa。随着浇铸时间的增加,Cu/Al多层膜过渡层厚度增大,抗拉强度和抗拉应变先增加逐渐减小,0.2 ns时抗拉强度达到最大值4.02 GPa,在1013 K下保温0.2ns时Cu/Al多层膜力学性能最佳。对比不同浇铸时间下的Cu/Al多层膜塑性变形阶段的原子结构得出,当浇铸时间等于0.2 ns时,薄膜内层错、孪晶、多层HCP结构的形成和它们的数量增加使得薄膜强度和塑性增加,当浇铸时间大于0.5 ns后,由于浇铸时间过长,铜、铝原子扩散数目过多,材料原子结构发生改变,Cu/Al多层膜结合强度快速降低。不同调制周期和调制比下Cu/Al多层膜的单轴拉伸结果表明:Cu/Al多层膜的屈服强度和抗拉强度以及屈服应变和抗拉应变存在明显的尺寸效应。屈服强度随着Cu/Al多层膜调制周期的增加先增大后减小,调制周期为14 nm时达到最大值,抗拉强度则随着调制周期的增加先减小后增大,调制周期为20 nm时抗拉强度最小,屈服应变与抗拉应变的变化趋势分别与屈服强度和抗拉强度的变化趋势相同。调制周期为20 nm的纳米时,对Cu/Al多层膜的调制比研究结果表明,Cu/Al多层膜的屈服强度随着调制比的增加呈折线型增大,η﹤1/2时,屈服应变随着调制比增加而增大,η﹥1/2时,屈服应变除在η=2时略微下降外,其它时候基本保持不变;抗拉强度和抗拉应变均随着调制比增加先减小后增大,η=1时,抗拉强度和抗拉应变均达到最小值。