第一性原理研究ZrN 2 、HfN 2 和BC 6 N的高压性质

发布时间：2024-06-01 12:34

　　随着现代工业生产出现方兴未艾的形势,各种材料的供给量也与日俱增,对于应用超硬材料的条件也日渐严苛。寻找稳定性高、硬度大、耐腐蚀性强的潜在超硬材料成为了科学研究关注的热点。目前,科研人员主要通过过渡金属与B、C、N构成化合物以及B、C、N、O构成共价化合物这两种方式,以探寻能够打破金刚石与立方氮化硼局限性的超硬材料。本篇论文基于密度泛函理论的第一性原理研究了高压下ZrN₂、HfN₂以及BC₆N的结构与物理性质,为探索超硬材料提供了理论的依据。本文首先研究了0 GPa至100 GPa下ZrN₂的晶体结构、弹性性质、各向异性以及电子特性。在所研究的压强范围内,Zr N₂满足机械稳定性,且表现出良好的延性与塑性。在100 GPa时,该材料的体弹模量为662 GPa,剪切模量为213 GPa,杨氏模量为578 GPa,间接预测了ZrN₂在高压下是超硬材料。此外,计算的各向异性因子说明了ZrN₂在所研究的压强范围表现各向异性,且具有良好的金属性。...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 超硬材料研究背景
    1.2 超硬材料研究现状
    1.3 超硬材料研究意义
    1.4 本文研究的思路与内容
2 第一性原理计算的理论基础
    2.1 计算中使用的电子态基本近似
        2.1.1 Born-Oppenheimer近似
        2.1.2 Hartree-Fock近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Konh-Sham方程
        2.2.4 局域密度近似和广义梯度近似
    2.3 平面波赝势法
        2.3.1 模守恒赝势
        2.3.2 超软赝势
    2.4 CASTEP软件介绍
3 第一性原理研究ZrN₂的高压性质
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 ZrN₂的晶体结构
        3.3.2 ZrN₂的弹性性质
        3.3.3 ZrN₂的各向异性
        3.3.4 ZrN₂的电子性质
    3.4 小结
4 第一性原理研究HfN₂的高压性质
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 HfN₂的晶体结构
        4.3.2 HfN₂的弹性性质
        4.3.3 HfN₂的各向异性
        4.3.4 HfN₂的电子性质
    4.4 小结
5 第一性原理研究o-BC₆N的高压性质
    5.1 引言
    5.2 计算方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 o-BC₆N的晶体结构
        5.3.2 o-BC₆N的弹性性质
        5.3.3 o-BC₆N的各向异性
        5.3.4 o-BC₆N的电子性质
    5.4 小结
6 总结与展望
    6.1 本文的总结
    6.2 本文的不足
    6.3 展望未来
参考文献
作者在读期间研究成果
致谢



本文编号：3985896