钨氮化物的相稳定性及缺陷对其性能的影响

发布时间：2023-03-19 11:18

　　过渡金属氮化物具有高硬度、独特的电子和化学性质以及良好的热力学稳定性等。特别是近几年来,钨氮化物因为其良好的物理性能在理论和实验上都受到了广泛的关注,而且大量的理论和实验研究主要集中在具有整数化学计量比的氮化物上。本文采用粒子群优化的算法和第一性原理的计算方法研究了钨氮化物的相稳定性及缺陷对其性能的影响。主要研究结果如下:(1)对于W₂N₃,通过结构预测和相稳定性的分析,预测出了W₂N₃的常压相W₂N_3mC30₈CM和高压相W₂N_3oP20₆2PNMA。通过理论计算得到,实验合成的h-W₂N₃在力学和动力学上是稳定的,与实验的结论一致。实验合成的r-W₂N₃在力学和动力学上不稳定,3a格位的W空位降低了晶体中层与层之间的相互做作用,从而导致...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 材料设计的研究现状与发展趋势
        1.1.1 轻元素化合物及过渡金属化合物的研究现状
        1.1.2 晶体结构预测的应用和发展趋势
    1.2 材料的稳定性
        1.2.1 材料的弹性性质和力学稳定性
        1.2.2 材料的动力学稳定性
        1.2.3 硬度与弹性性质的半经验公式
    1.3 理论结构预测的意义
    1.4 本文的研究意义和主要内容
第二章 理论基础
    2.1 第一性原理介绍
        2.1.1 非相对论近似
        2.1.2 Born-Oppenheimer绝热近似
        2.1.3 Hartree-Fock单电子近似
    2.2 密度泛函理论(Density Function Theory,DFT)
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交换相关泛函
    2.3 晶体结构预测方法简介
        2.3.1 粒子群优化算法
        2.3.2 CALYPSO结构预测方法
    2.4 软件介绍
        2.4.1 CALYPSO软件
        2.4.2 Materials Studio软件中的CASTEP模块
第三章 搜索钨氮化物最稳定的结构
    3.1 研究背景
    3.2 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 W₂N₃的晶体结构预测及物理性质分析
        3.3.2 WN的晶体结构预测及物理性质分析
        3.3.3 WN₂的晶体结构预测及物理性质分析
        3.3.4 WN₃的晶体结构预测及物理性质分析
        3.3.5 钨氮化物的相稳定性分析
    3.4 本章小结
第四章 O杂质对钨氮化物物理性能的影响
    4.1 研究背景
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 O杂质对W₂N₃物理性能的影响
        4.3.2 O杂质对WN物理性能的影响
        4.3.3 O杂质对WN₂物理性能的影响
        4.3.4 O杂质对WN₃物理性能的影响
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果



本文编号：3765154