几种新型超硬材料的结构设计

发布时间：2017-09-16 03:02

  本文关键词：几种新型超硬材料的结构设计

  更多相关文章： 第一性原理 晶体结构 超硬材料 结构预测 高压

【摘要】：传统超硬材料金刚石的热稳定性差，易于和含铁材料反应，寻找高热稳定性和高化学惰性的新型超硬材料是物理、化学和材料领域的长期焦点课题。本文选取最有潜力成为超硬材料的硼、碳、氮和氧的化合物和过渡族重金属的轻元素化合物两类典型体系为研究对象，开展了新型超硬材料的结构设计和硬度的计算研究工作，取得了以下创新性成果： 1、在B-N-O三元化合物中，我们利用CALYPSO硬度导向结构搜索方法，设计了与金刚石等电子的B3NO稳定化合物，绘制了硬度随能量变化的分布图，获得了能量低、硬度高的oI20和oP20结构，兼具超硬和半导体特性，为实验合成B-N-O超硬材料提供了指导。 2、通过CALYPSO和AIRSS方法，我们对氮化钨体系进行了变化学组分的结构设计，，确定了三种能量最稳定的氮化钨化合物，通过对比实验X射线衍射数据，确定了实验合成化合物的结构。弹性、硬度和理想强度等计算表明它们均为高抗压缩的硬质材料。 3.实验上合成了高抗压缩的碳化铂，然而其结构一直存在争议。基于已有实验数据，我们设计了遍历轻原子的设计理念，通过热力学稳定性、晶格动力学稳定性和对比实验X射线衍射数据，确定了实验合成化合物常压下具有闪锌矿结构。
【关键词】：第一性原理 晶体结构 超硬材料 结构预测 高压
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469
【目录】：

• 论文提要4-5
• 中文摘要5-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 超硬材料简述14-16
• 1.2 两大类典型的超硬材料16
• 1.3 探索超硬材料的发展现状16-19
• 1.4 寻找超硬结构的常见方法19
• 1.5 论文选题目的和意义19-21
• 第二章 理论基础和计算方法简述21-34
• 2.1 理论基础21-25
• 2.1.1 绝热近似21-22
• 2.1.2 Hatree-Fock22
• 2.1.3 Hohenboerg-Kohn 定理22-23
• 2.1.4 Kohn-Sham 方程23-24
• 2.1.5 交换关联函数24
• 2.1.6 自洽计算24-25
• 2.2 第一性原理计算方法25-28
• 2.2.1 周期性边界条件25-26
• 2.2.2 线性变分26
• 2.2.3 赝势方法26-28
• 2.3 CALYPSO 预测方法28-30
• 2.4 硬度计算方法30-34
• 2.4.1 高发明的硬度理论30-32
• 2.4.2 Simunek 硬度模型32-34
• 第三章 硬度驱动下富硼氮氧化合物的结构探索34-47
• 3.1 新型超硬材料背景简介34
• 3.2 超硬结构预测理论方法34-35
• 3.3 金刚石等电子化合物富硼氮氧35-36
• 3.4 富硼氮氧化合物的晶体结构36-41
• 3.5 富硼氮氧化合物的电子和晶格动力学性质41-45
• 3.6 富硼氮氧化合物超硬结构成键分析45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 氮化钨的基态结构和力学性能研究47-61
• 4.1 过渡金属轻元素化合物简介47-48
• 4.2 计算细节48-49
• 4.3 寻找氮化钨的最稳定配比49-51
• 4.4 氮化钨的晶体结构51-54
• 4.5 氮化钨的电子、力学和弹性性质54-57
• 4.6 实验合成氮化钨的结构57-59
• 4.7 本章小结59-61
• 第五章 实验合成碳化铂的结构设计和性质研究61-72
• 5.1 背景介绍61-62
• 5.2 碳化铂结构设计62-66
• 5.3 碳化铂的力学和弹性性质66-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 论文总结与展望72-74
• 参考文献74-90
• 作者简介90-91
• 攻读研究生期间公开发表的学术论文91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘悦林;金硕;张颖;;Interaction between impurity nitrogen and tungsten:a first-principles investigation[J];Chinese Physics B;2012年01期

2 李晓凤;翟红村;付宏志;刘中利;姬广富;;Physical properties of hexagonal WN_2 under pressure[J];Chinese Physics B;2011年09期

本文编号：860472