CaB6第一性原理分析及陶瓷制備.pdf

1、六硼化鈣(CaB6)屬于堿土金屬硼化物,目前,國內外對六硼化鈣的研究主要集中在高純度粉體的合成制備上,對六硼化鈣陶瓷塊體制備及其力學、光學和熱力學等性能的研究較少。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,從理論上計算了六硼化鈣的電子結構以及力學、光學和熱力學等物理性能,用熱壓燒結技術制備出六硼化鈣的塊體陶瓷并對其微觀結構和性能研究。
　　通過把不同的交換關聯(lián)函數(shù)對六硼化鈣進行結構優(yōu)化后所得平衡晶格常數(shù)跟實驗值比較后確定出用于

2、計算的泛函為GGA-PBE。六硼化鈣的能帶結構顯示其為直接帶隙,CaB6的禁帶寬度是1.144eV,該值較為接近其實驗值1.15eV。布居分析表明六硼化鈣中存在B-B共價鍵和Ca-B離子鍵兩種類型,Ca原子的3s態(tài)電子和3p態(tài)電子的態(tài)密度峰尖銳狹窄而顯示出較強的定域性,B原子的2s態(tài)電子和2p電子態(tài)形成強烈的軌道雜化而顯示出離域特性。
　　六硼化鈣的彈性常數(shù)C11、C12和C44分別為431.87GPa、7.46GPa、46.4G

3、Pa,六硼化鈣的剪切模量G、體模量B和楊氏模量E分別為90.17GPa,148.93GPa和431.62GPa,根據(jù)G/B=0.61>0.57可以得出CaB6在室溫情況下呈現(xiàn)出脆性特征。CaB6的晶格常數(shù)隨著外部靜水壓力的增加而減小,CaB6的彈性常數(shù)、體模量、剪切模量和楊氏模量均隨靜水壓力的增加而增加,CaB6的韌性隨著外部靜水壓力的增加而得以改善。
　　六硼化鈣的光學性質計算結果顯示其介電函數(shù)虛部出現(xiàn)了四個比較明顯的躍遷峰,分

4、別位于5.07eV、7.02eV、10.57eV和27.62eV處;靜態(tài)折射率n0=2.88,消光系數(shù)和吸收系數(shù)隨能量變化情況相一致;吸收譜在三個吸收區(qū)域的最大吸收峰分別位于11.31eV、28.09eV和51.28eV處,對應的吸收峰值為3.89×105cm-1、4.52×105cm-1和1936.16cm-1;CaB6出現(xiàn)的三個能量損失峰分別位于8.494eV、16.924eV和29.623eV處。
　　六硼化鈣的晶格動力學性

5、質研究表明:CaB6在布里淵區(qū)G點的總振動模式3個聲學支和18個光學支組成,B原子對CaB6聲子態(tài)密度中的高頻區(qū)域的貢獻程度較大, Ca原子和B原子對CaB6聲子態(tài)密度的低頻區(qū)域的貢獻程度較大;焓(Enthalpy)、自由能(Free Energy)和熵(Entropy)跟熱力學第三定律保持一致,在高溫極限情況下CaB6的杜隆-珀蒂值為41.697cal/cell.k,CaB6的德拜溫度約為1258K。
　　熱壓燒結制備的六硼化鈣