正交系超硬材料bc-BC x N的第一性原理研究
发布时间：2021-06-20 17:57
超硬材料以其优异的高硬度、高弹性模量、良好的耐磨性和不可压缩性,在工程机械、切削加工、航空航天、矿物开采、耐磨涂层以及其它工业领域有着广泛的应用。众所周知此前已知的应用最广泛的最硬和次硬材料分别是金刚石（维氏硬度Hv=96GPa,下同）和立方氮化硼（c-BN,Hv=63 GPa）。然而金刚石较低的热稳定性和较差的化学稳定性很大程度上限制了它的应用空间,而热稳定性相对较高的立方氮化硼（c-BN）,虽然是硬度仅次于金刚石的物质,却远小于金刚石。因此工业和技术的需要促使人们继续寻找硬度高而且稳定性也很好的新型超硬材料,B-C-N系化合物结合金刚石的高硬度和c-BN的热稳定性有望成为新型超硬材料而受到广泛关注。本文基于Luo等研究的bc-结构的超硬BC2N材料的基础上,设计和构建了bc-BCN和bc-BC4N,并利用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,研究了这几种超硬材料（包括bc-BCN,bc-BC2N,和bc-BC4N,文中统称为BCxN,或者BCN,BC2N,和BC4N）的性质（弹性常数,弹性模量,弹性各向异性,硬度,理想强度和高温下的最小热导率,电子结构和光学性质等）,同时还计算了金刚...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?Ｊ１势的示意图，图中红色实线代表全电子波函数与离子势，蓝色虚线代表赝势以及赝??势波函数，／；是临界半径
根据各ＢＧＮ晶体的结构对称性及拓扑不等价原理，在所有的晶体结构中通??过总能量最小化原理先后对ＢＣｘＮ异构体的晶格参数及原子内部坐标进行优化，??找出其能量最低晶胞最稳定的结构，如下图３．１所示。在图３．１中，⑷，⑷和⑷??晶体结构的侧面属于（１００）晶面，而前后面属于（０１０）晶面，上下面则属于（００１）晶面。??＿權＿??（ａ）?ＢＣＮ?（ｂ）?ＢＣ２Ｎ?（ｃ）?ＢＣ４Ｎ??图３．１?ＢＣ，Ｎ的晶体结构：（ａ）?ＢＣＮ，?（ｂ）?ＢＣ，Ｎ．?（ｃ）?ＢＣ，Ｎ．?代表Ｂ原子，？代表Ｃ原子，??肇代表Ｎ原子．图（ａ），?（ｂ），和（ｃ）的侧面属干（１００）晶面，前后面属干（０１０）晶面，上下??面属于（００１）晶面．??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ＢＣ．ｔＮ：?（ａ）?ＢＣＮ，?（ｂ）?ＢＣ２Ｎ，?（ｃ）?ＢＣ４Ｎ．?ｃ?ｉｓ?Ｂ?ａｔｏｍ，?？?ｉｓ?Ｃａｔｏｍ，?？?ｉｓ?Ｎ??ａｔｏｍ．?Ｔｈｅ?ｓｉｄｅ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ?（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（１００），ｔｈｅ?ｆｒｏｎｔ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ??（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（０１０），ａｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ?（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（００１）．??通常基于实验值或者文献报导的理论数据搭建的晶体模型可能并未处于能量??１７??
?西南大学硕士学位论文??比较图４．１?（ａ）和４．１（ｂ）可以看出，ＢＣｔＮ的理想强度ｃ－ＢＮ的理想强度非常相近。??１００?卜?Ｉ?ｉ?Ｕ—ｃ－ＢＮ?（１１１）?ｎ?■?＿??ｃ?．－？－ｄｉａｍｏｎｄ（１１１）?＾??ｓ．?７５?－?－＾ＢＣ，Ｎ（１１０）?？?▲?－??５?１０?１５?（０）?５?１０?１５??（ａ）?Ｓｔｒａｉｎ?（％）?（ｂ）?Ｓｔｒａｉｎ?（％）??１?议—？－ｂｃｎＩ?－？－ｂｃｎ｜?－ｂ－ｂｃｎＩ??？?．＂？■ＢＣ、?？ＢＣ、??广??????０?５?１０?１５?２０?２５?０?５?１０?１５?２０?２５?０?５?１０?１５?２０?２５?３０??Ｓｔｒａｉｎ?［１００】（％）?Ｓｔｒａｉｎ?［０１０］?（％）?Ｓｔｒａｉｎ?［００１］?（％）??（ｃ）??图４．１应力应变曲线：（ａ）沿着ＢＣ４Ｎ的（１１１），?（１１０），和（１０１）剪切面，（ｂ）沿着ｃ－ＢＮ和金刚??石的（１１１）剪切面，以及（Ｃ）沿着三种的［１００］，?［０１０］，和［００１］晶向．??Ｆｉｇｕｒｅ?４．１?Ｔｅｎｓｉｌｅ?ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ?ｃｕｒｖｅ：?（ａ）?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?（１１１），（１１０），ａｎｄ?（１０１）?ｓｈｅａｒ?ｐｌａｎｅｓ?ｆｏｒ?ＢＣ４Ｎ，??（ｂ）?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?（１１１）?ｓｈｅａｒ?ｐｌａｎｅ?ｆｏｒ?ｃ－ＢＮ?ａｎｄ?ｄｉａｍｏｎｄ
【参考文献】：
期刊论文
[1]几种BC2N超硬材料力学性能与电子结构的理论研究[J]. 陈志谦,李春梅,王瑨,王放,王强. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(02)
[2]新型超硬材料理论设计方法简介及展望[J]. 李延龄. 徐州师范大学学报(自然科学版). 2010(03)
[3]过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 段满益,徐明,周海平,沈益斌,陈青云,丁迎春,祝文军. 物理学报. 2007(09)
博士论文
[1]高压下新型B-C-N-O超硬材料的结构设计[D]. 李全.吉林大学 2011
本文编号：3239664
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?Ｊ１势的示意图，图中红色实线代表全电子波函数与离子势，蓝色虚线代表赝势以及赝??势波函数，／；是临界半径
根据各ＢＧＮ晶体的结构对称性及拓扑不等价原理，在所有的晶体结构中通??过总能量最小化原理先后对ＢＣｘＮ异构体的晶格参数及原子内部坐标进行优化，??找出其能量最低晶胞最稳定的结构，如下图３．１所示。在图３．１中，⑷，⑷和⑷??晶体结构的侧面属于（１００）晶面，而前后面属于（０１０）晶面，上下面则属于（００１）晶面。??＿權＿??（ａ）?ＢＣＮ?（ｂ）?ＢＣ２Ｎ?（ｃ）?ＢＣ４Ｎ??图３．１?ＢＣ，Ｎ的晶体结构：（ａ）?ＢＣＮ，?（ｂ）?ＢＣ，Ｎ．?（ｃ）?ＢＣ，Ｎ．?代表Ｂ原子，？代表Ｃ原子，??肇代表Ｎ原子．图（ａ），?（ｂ），和（ｃ）的侧面属干（１００）晶面，前后面属干（０１０）晶面，上下??面属于（００１）晶面．??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ＢＣ．ｔＮ：?（ａ）?ＢＣＮ，?（ｂ）?ＢＣ２Ｎ，?（ｃ）?ＢＣ４Ｎ．?ｃ?ｉｓ?Ｂ?ａｔｏｍ，?？?ｉｓ?Ｃａｔｏｍ，?？?ｉｓ?Ｎ??ａｔｏｍ．?Ｔｈｅ?ｓｉｄｅ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ?（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（１００），ｔｈｅ?ｆｒｏｎｔ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ??（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（０１０），ａｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ?（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（００１）．??通常基于实验值或者文献报导的理论数据搭建的晶体模型可能并未处于能量??１７??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]几种BC2N超硬材料力学性能与电子结构的理论研究[J]. 陈志谦,李春梅,王瑨,王放,王强. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(02)
[2]新型超硬材料理论设计方法简介及展望[J]. 李延龄. 徐州师范大学学报(自然科学版). 2010(03)
[3]过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 段满益,徐明,周海平,沈益斌,陈青云,丁迎春,祝文军. 物理学报. 2007(09)
博士论文
[1]高压下新型B-C-N-O超硬材料的结构设计[D]. 李全.吉林大学 2011
本文编号：3239664
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