cBN/hBN界面性质第一原理研究

发布时间：2021-08-01 20:11

　　作为一种超硬材料,立方氮化硼（cBN）因为其良好的机械、光学、化学、电学和热学性质而广泛应用于光电器件和高速切削领域,然而其合成机制不明确限制了大颗粒高质量cBN单晶的合成。立方氮化硼由六方氮化硼（hBN）转化而来,在转化的过程中形成了cBN/hBN界面结构。因此本课题基于密度泛函理论,应用第一性原理,分析了cBN/hBN界面的性质,包括界面结构、界面结合能和界面电子结构分析,为cBN单晶合成机制提供理论基础。本课题主要从以下几个方面展开研究。首先,从Materials Studio数据库和无机晶体材料数据库中引入cBN和六方氮化硼晶体结构；考虑表面终端原子、原子层数和表面循环周期等问题后,切出含有12层原子和6个终止结构的cBN（111）面,含有6层原子和2个终止结构的cBN（110）面和含有8层原子和4个终止结构的cBN（100）面以及hBN（0001）表面结构；通过晶格重定义和晶格匹配搭建出cBN/hBN界面,其中cBN（111）/hBN（0001）界面含有6种结构,cBN（110）/hBN（0001）界面含有2种结构,cBN（100）/hBN（0001）界面含有4种结构。然后,... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 立方氮化硼(cBN)的研究背景
        1.1.1 立方氮化硼的合成
        1.1.2 立方氮化硼的性质及应用
    1.2 第一性原理在界面领域研究中的应用
    1.3 课题研究的意义
    1.4 课题主要内容
第2章 计算方法与原理
    2.1 引言
    2.2 第一性原理量子力学基础
        2.2.1 密度泛函理论
        2.2.2 交换相关泛函
        2.2.3 赝势法
        2.2.4 平面波基底与动能截断
    2.3 第一性原理计算方法
        2.3.1 软件介绍
        2.3.2 CASTEP必设参数及其意义
第3章 hBN/cBN界面模型构建
    3.1 引言
    3.2 hBN、cBN晶体模型构建及收敛性测试
        3.2.1 晶体模型构建
        3.2.2 收敛性测试
        3.2.3 泛函测试
    3.3 表面模型构建及表面能计算
        3.3.1 cBN(111)表面模型
        3.3.2 cBN(110)表面模型
        3.3.3 cBN(100)表面模型
        3.3.4 hBN(0001)表面模型
        3.3.5 表面能计算
    3.4 hBN/cBN界面模型构建
        3.4.1 晶格重定义与晶格匹配
        3.4.2 界面模型
    3.5 本章小结
第4章 cBN/hBN界面性质
    4.1 引言
    4.2 界面结构优化
        4.2.1 结构优化的目的及精度
        4.2.2 结构优化收敛曲线
    4.3 界面结构与结合能
        4.3.1 界面结构分析
        4.3.2 界面结合能分析
    4.4 界面电子结构分析
        4.4.1 界面能带结构分析
        4.4.2 界面态密度分析
        4.4.3 界面电荷密度分析
        4.4.4 Mulliken布居分析
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 论文主要研究结论
    5.2 作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3316173