新型超硬碳材料的结构设计与性质预测

发布时间：2024-06-14 19:12

　　超硬材料是指维氏硬度大于40 GPa的结构材料,其中,金刚石是最早发现的超硬材料,同时也是迄今为止已知的硬度最大的材料。一般来说,材料的性质是由其结构决定的,若就超硬材料的物理性质或化学性质而言,它也属于功能材料。超硬材料已经广泛应用于工业工具、军事、民用、科学研究、采矿,国防电子信息和航天等领域。因此,提高硬质材料的硬度,寻找或设计出新的具有其他独特性能的超硬材料是材料研究界的一个重要课题。本文分别通过手动构造和结构搜索软件获得了几种新型碳基超硬材料,并利用第一性原理方法详细表征了这些材料的性质。主要结论如下:(1)通过粒子群优化算法搜索出一个属于正交晶系的空间群为PMMA的晶体(命名为o-C8),该结构的密度为2.993 g/cm3,结构中碳原子均以sp3杂化方式键合。密度泛函理论计算显示,其弹性常数满足正交晶体的热力学稳定性判断标准,且声子色散谱在整个布里渊区均无虚频,证明了该晶体结构是动力学稳定的。电子性质计算得出该结构是一个具有间接带隙为2.267 eV的半导体材料。静水压计算和拉伸应力-应变计算结果表明,该碳晶体结构是超不可压缩材料。模量计算显示,其体弹模量、剪切模量和杨氏...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图9面上基金资助率随申请人年龄的分布

图9是申请人出生年份与资助率变化图。可以发现，1960～1969、1970～1979和1980～19893个年龄段的获资助项目总量分别为10、29和54,而对应的资助率分别为20.00%、21.01%和18.75%,进一步显示80后青年科学家具有较为丰富的基金申请书撰写经验。....

图1.1金刚石的结构图形

摘要3较多结构与已提出的超硬结构重复。（2）RG2晶体结构预测方法RG2程序[59]对晶体结构的搜索是通过随机结构生成模式实现的，是产生具有特定几何特征的晶体结构的有效途径。可以通过参数文件设置结构的原子个数、配位类型、键长、键角等信息，程序运行后能够搜索出数千数万的结构晶体，通....

图1.2T-碳的结构图形

摘要3较多结构与已提出的超硬结构重复。（2）RG2晶体结构预测方法RG2程序[59]对晶体结构的搜索是通过随机结构生成模式实现的，是产生具有特定几何特征的晶体结构的有效途径。可以通过参数文件设置结构的原子个数、配位类型、键长、键角等信息，程序运行后能够搜索出数千数万的结构晶体，通....

图1.3Bct-碳的1×2×1超胞结构图形

西南大学硕士学位论文4（3）Bct-碳Bct-碳[62]是在一定压力下通过分子动力学模拟发现的一种新型sp3杂化的超硬碳晶体材料，其结构介于石墨和六方金刚石之间，如图1.3所示，该晶胞结构的体心是由四个碳原子构成的四边形。Bct-碳也可以看作是（2，2）碳纳米管沿其c轴堆积形成的....

本文编号：3994308