新型超硬C/N类材料结构及性能的第一性原理研究

发布时间：2021-02-19 11:04

　　新型超硬碳及碳氮材料的结构预测及力学性能的研究是目前轻元素超硬材料研究领域的热点。本论文在综述轻元素超硬材料研究的发展脉络、存在问题及第一性原理计算的基本原理和相关计算方法的基础上,利用基于密度泛函理论（DFT）的VASP软件,计算了几种新型的C/N类超硬材料的电子结构及弹性、理想强度、理论硬度等力学性能,研究了材料的微观构相及与宏观性能的关系。首先,对近年来提出的类金刚石碳单质超硬材料进行了力学性能的系统研究,其中的P-碳不但在热力学上相对更加稳定,而且在P-碳结构中发现了迄今为止最硬的碳-碳共价键,其硬度值高达114GPa,显著高于Z-碳、oC32-碳,S-碳,X-碳,F-碳,M585-碳等新型超硬碳相。其独特的力学性能有望在特定领域显现出非凡的应用前景。同时,利用第一性原理详细地研究了一种新型超硬碳氮材料—简心正交结构Pnnm-CN的电子结构、结构稳定性及弹性性质、理想拉伸强度、理想剪切强度、理论硬度等力学性能。结果表明,Pnnm-CN的理想强度达到41.0GPa,高于P4₂/m-CN的理想强度40GPa。Pnnm-CN的理论硬度为64GPa,明显高于cg-... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 超硬材料
        1.1.1 超硬材料的研究现状
        1.1.2 研究思路及研究内容
    1.2 基本理论和计算方法
        1.2.1 绝热近似和Hartree-Fock近似
        1.2.2 密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）
        1.2.3 交换关联泛函
        1.2.4 赝势
第2章 P-碳力学性能的第一性原理研究
    2.1 P-碳的晶体结构
    2.2 P-碳的电子结构
    2.3 P-碳的结构稳定性
        2.3.1 弹性稳定性
        2.3.2 热力学稳定性
    2.4 P-碳的理想强度
        2.4.1 P-碳的理想拉伸强度
        2.4.2 P-碳的理想剪切强度
    2.5 P-碳的理论硬度
    2.6 本章小结
第3章 Pnnm-CN力学性能的第一性原理研究
    3.1 结构模型和计算方法
    3.2 电子结构的计算与研究
    3.3 Pnnm-CN的结构稳定性
        3.3.1 弹性稳定性
        3.3.2 热力学稳定性
    3.4 Pnnm-CN的理想强度
        3.4.1 Pnnm-CN的理想拉伸强度
        3.4.2 Pnnm-CN的理想剪切强度
    3.5 Pnnm-CN的理论硬度
    3.6 本章小结
3N₄力学性能的第一性原理计算">第4章 新型超硬C₃N₄力学性能的第一性原理计算
    4.1 计算模型与计算参数
    4.2 电子结构的计算
    4.3 结构稳定性
        4.3.1 弹性稳定性
        4.3.2 热力学判定
3
-n-C₃N₄和P4
-3m-C₃N₄的理想拉伸强度">    4.4 Pm3
-n-C₃N₄和P4
-3m-C₃N₄的理想拉伸强度
4
-3m-C₃N₄和Pm3
-n-C₃N₄的理论硬度">    4.5 P4
-3m-C₃N₄和Pm3
-n-C₃N₄的理论硬度
    4.6 本章小结
结论
参考文献
硕士研究生期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3041027

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