过渡金属硼化物物理性质的第一性原理研究

发布时间：2017-04-14 17:05

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【摘要】：过渡族金属硼化物具有良好的耐磨损、高硬度、高熔点、高电导率和热导率等特性,因此常常作为超高温结构材料。本论文对过渡金属硼化物的热力学性质、电子结构以及弹性性能进行了系统的研究,具体内容如下:(1)运用基于密度泛函理论的从头计算方法,系统的研究了前过渡金属一硼化物(TMB)的晶体结构、热力学稳定性、弹性性能、化学键以及电子结构。结果表明,这11种CrB型硼化物晶体是热力学和机械稳定的。同时运用有限应力应变的方法计算了其弹性常量,讨论了其弹性性能与电子结构之间的关系,由于在交错的Y和B原子层之间存在的弱相互作用,YB有高的切削性和低的硬度。(2)通过准简谐德拜模型分析了前过渡金属二硼化物(TMB2)的力学性质随温度和压力的变化规律。按照二硼化物的体积弹性模量和热膨胀系数与温度的依赖关系的不同,可以将TMB2分为三类。结果表明,4d、5d族的TMB2化合物是很好的高温结构材料。(3)通过基于密度泛函理论的从头计算方法研究了AlB2型前过渡金属二硼化物的电子和力学性能。这11种二硼化物的五个独立的刚度系数,体积弹性模量和剪切弹性模量与已有的实验和理论数据吻合得很好。同时本文还详细讨论了它们的弹性性能与电子结构之间的关系。虽然VIB族过渡金属二硼化物有着高的B/G和B/C44值,但是其高硬度使得这类硼化物不易被机加工。
【关键词】：硼化物 第一性原理 热力学性质 电子结构 弹性性质
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.81;TQ163
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 超硬材料简介9-12
• 1.1.1 金刚石9-10
• 1.1.2 立方氮化硼10-11
• 1.1.3 超硬材料的研究进展11-12
• 1.2 金属硼化物的研究进展12-13
• 1.3 本课题研究的目的和意义13-15
• 第二章 计算原理和方法15-27
• 2.1 第一性原理计算方法15-17
• 2.1.1 多粒子体系的薛定谔方程15-16
• 2.1.2 非相对论近似16
• 2.1.3 绝热近似16-17
• 2.1.4 轨道近似17
• 2.2 密度泛函理论17-22
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理18-19
• 2.2.2 Kohn-Sham方程19-20
• 2.2.3 局域密度近似20-21
• 2.2.4 广义梯度近似21-22
• 2.3 赝势平面波方法22-23
• 2.3.1 对模守恒赝势22-23
• 2.3.2 超软赝势23
• 2.4 准谐德拜模型23-24
• 2.5 计算软件简介24-27
• 2.5.1 VASP24
• 2.5.2 WIEN2k24-27
• 第三章 TMB的电子结构与力学性质27-41
• 3.1 引言27-28
• 3.2 晶体结构及计算方法28-30
• 3.2.1 晶体结构28
• 3.2.2 计算方法28-30
• 3.3 结果与讨论30-38
• 3.3.1 TMB的几何结构和热力学稳定性30-32
• 3.3.2 TMB的弹性性质32-34
• 3.3.3 TMB的化学键合和电子结构34-38
• 3.4 本章小结38-41
• 第四章 TMB_2的晶体结构和热力学性质41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 计算原理与参数设置41-45
• 4.3 结果与讨论45-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 TMB_2的电子结构和弹性性质51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 计算方法51-52
• 5.3 结果与讨论52-59
• 5.3.1 TMB_2的弹性性质与可加工性分析52-56
• 5.3.2 TMB_2的电子结构及其与力学性质的关联56-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第六章 结论61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70

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本文编号：306432