不同终端金刚石薄膜相互作用的第一性原理研究

发布时间：2022-08-23 18:54

　　金刚石薄膜具有诸多优异性能,如高硬度,低摩擦系数,高耐磨性和良好的化学惰性,被广泛应用于航空航天,耐磨涂层,微纳机电系统（MEMS/NEMS）等领域。目前,在高温高压、高真空等极端环境中的摩擦问题,一直是研究者关注的热点。大量研究表明,对金刚石薄膜进行适当的表面修饰可以实现超低摩擦系数,这与其修饰后呈现不同的相互作用有关。但是,到目前为止,不同终端金刚石薄膜表面的相互作用微观机制尚不清楚,这不可避免地限制了金刚石薄膜在减摩耐磨领域的深入应用。本文采用第一性原理方法研究了不同终端对金刚石薄膜相互作用的影响,构建了清洁金刚石（100）相互作用模型、五种相同终端（氢、氟、氧、羟基、氨基）相互作用金刚石模型、三种不同终端（氢-氟、氢-氧、氢-羟基）相互作用金刚石模型,对所构建模型进行了几何优化,计算了终端金刚石的相互作用、电子密度以及布居数,得到了以下主要结果:（1）清洁金刚石薄膜的界面结合能最大,表明界面处的相互作用最强,清洁金刚石的初始表面是π键结构,由电子密度图可以观察到,清洁金刚石界面处有共价键的形成,其表面几何构型向C（100）-2×1结构转变。（2）氢,氟,氨基和羟基终端能够不同程... 

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 金刚石薄膜概述
        1.2.1 金刚石薄膜的结构
        1.2.2 金刚石薄膜的性能及应用
    1.3 金刚石表面的相互作用研究
    1.4 终端金刚石表面的相互作用研究
    1.5 本论文的研究内容
第二章 不同终端金刚石薄膜的理论计算
    2.1 第一性原理基本知识
        2.1.1 密度泛函理论(DFT)
        2.1.2 平面波与赝势
    2.2 理论计算的模型与参数
        2.2.1 计算参数
        2.2.2 模型构建
    2.3 本章小结
第三章 相同终端金刚石薄膜的结构与性质计算
    3.1 几何结构
    3.2 相互作用能
    3.3 电子密度与布居分析
    3.4 本章小结
第四章 不同终端金刚石薄膜的结构与性质计算
    4.1 几何结构
    4.2 相互作用能
    4.3 电子密度与布居分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3678300