这项研究由Yunus Onur Yildiz和Mesut Kirca完成，作者所属单位是Istanbul Technical University机械工程系。该研究发表在期刊《Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering》上，具体为2017年第25卷第2期，第025008页，发表日期为2016年12月28日。
纳米多孔金属（Nanoporous Metals，简称NPMs）作为一种新兴的纳米结构材料，因其在机械、物理和化学等领域的独特性能而受到广泛关注。相较于传统块体金属，NPMs具有极低的密度，但仍可保留良好的韧性和延展性。此外，其高表面积-体积比的特性使其在催化剂、电极、隔热材料、能量吸收器以及传感器驱动器等领域具备重要潜力。
尽管已有针对其性能的实验研究，但由于NPMs样品结构复杂且制备困难，实验结果往往存在分歧；因此，基于原子尺度或连续尺度的数值模拟成为解析实验结果以及设计新实验的重要补充手段。然而，对于涂覆型NPMs（Coated NPMs）的数值模拟，目前几乎没有专门研究，其主要困难来源于涂覆型NPMs原子模型的生成难度。因此，本文旨在开发一种新方法，用于生成周期性边界条件下的涂覆及未涂覆NPMs的原子模型，并研究其热力学稳定性和机械行为。
研究中提出了一种基于Voronoi铺设技术（Voronoi Tessellation Technique）的新方法，用于原子模型的生成。该方法分为四个步骤： 1. 随机点的生成：通过约束点之间的最小距离，随机生成Voronoi种子点。 2. Voronoi铺设生成：采用三维Voronoi铺设技术生成由线段构成的初始网络结构。 3. 线段到体积区域的转换：将线段转化为包含核心材料和涂层材料的体积区域，并根据用户定义的晶体方向填充原子坐标。 4. 原子坐标生成：利用LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）软件生成原子模型。
随机点生成 研究采取控制Voronoi种子点间最小距离的方法，以调控多孔结构的孔隙率及形貌特性。为生成周期性模型，设计空间内的点云被沿各方向复制，然后从中心部分提取原始点集作为原子模型的周期性Voronoi骨架。
Voronoi铺设生成 Voronoi铺设技术将空间基于种子点划分为不重叠的多面体子区域。每个Voronoi单元通过生成种子点及其到邻近种子点的最短距离来确定。本文使用开源软件Voro++完成Voronoi单元划分，以获取角点坐标和线段数据。
线段到体积区域的转换 为生成多孔纳米结构的体积区域，研究设计了基于球体叠加和体积合并的三维方法。在核心材料生成后，通过扩展球体半径以生成涂覆材料的体积区域，同时采用几何布尔操作剔除重叠体积。为确保表面光滑，沿线段间距适当增加球体数量。
原子坐标生成 最后，LAMMPS软件通过预处理生成核心及涂覆层原子坐标。采用热化（Thermalization）过程调整原子模型表面粗糙度，使其达到热力学平衡。
本文生成了涂覆及未涂覆NPMs的原子模型，选用金（Au）与铂（Pt）分别作为核心及涂层材料。常规的分子动力学（Molecular Dynamics，简称MD）模拟用于模型的热力学稳定性分析，采用Nose-Hoover恒温器维持系统温度为300K，并设置周期性边界条件。热化过程中的自由能变化用于评估模型的稳定性。
热力学稳定性 在热化过程中，原始模型因表面松弛（Surface Relaxation）现象引发的体积收缩，呈现出潜在能量的快速降低并趋于平稳。研究发现：
涂层厚度与孔隙率影响 调整孔隙率或涂层厚度后，热化后模型的原子配置仍能显著保留原始结构。孔隙率为40%、60%、80%的样本分别观察到不同程度的结构变形，并量化其收缩率。此外，较大的Voronoi种子点距离（即较大的单元尺寸）推进了模型的热力学稳定性。
机械属性验证 在拉伸模拟中，非涂覆金模型的有效Young模量（Effective Young’s Modulus）数据与文献和Gibson–Ashby开孔泡沫定律中的结果相符。模型的相对密度为0.2至0.56，表明节理的宽度与加载角度显著影响结构的力学响应。
本文开发了一种基于Voronoi铺设技术的原子建模方法，首次实现了涂覆与未涂覆NPMs结构的高效生成。研究不仅提出了涂覆厚度、孔隙率及Voronoi点距对热力学稳定性与机械性能的影响，而且验证了其模拟结果与实验结果的一致性，为计算机模拟与实验研究提供了有力互补。
该方法有望为未来更多的材料研究者提供生成涂覆NPMs模型的全新工具，尤其在实验样本难以制作时，MD模拟可以帮助研究热力学与力学属性，推动新型纳米材料设计的理论与实践结合。