超不可壓縮B3N4在高壓下的物理性能的第一性原理預(yù)測.pdf

1、超硬材料因為其優(yōu)良的理化性質(zhì)在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。常見的超硬材料可由輕元素（B、C、N、O和Si）之間通過形成三維的、定向的強共價鍵而構(gòu)成。理論研究發(fā)現(xiàn)五種構(gòu)型的C3N4同質(zhì)多晶體是潛在超硬材料，并且五種同構(gòu)型的B4C3也是潛在超硬材料，于是我們推測與C3N4同構(gòu)型的五種B3N4同質(zhì)多晶體可能是潛在的超硬材料。借助密度泛函理論，采用GGA-PBE處理交換關(guān)聯(lián)能，我們研究這五種構(gòu)想的超不可壓縮B3N4在零壓和高壓下的結(jié)構(gòu)、力學(xué)和電子性質(zhì)。

2、采取準(zhǔn)諧德拜模型，我研究了B3N4在高壓高溫條件下的熱力學(xué)性質(zhì)。
　　本論文第一章介紹超硬材料和硼氮化合物的研究現(xiàn)狀和意義;第二、三章介紹密度泛函理論、彈性和硬度的理論知識，以及計算模擬所用的VASP和GIBBS軟件;第四章介紹五種B3N4同質(zhì)多晶體，即α-B3N4（空間群P31c）、β-B3N4(P63/m)、c-B3N4(I43d)、cs-B3N4(Fd3m)、p-B3N4(P42m)在0到100 GPa下的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子和

3、熱力學(xué)性質(zhì);第五章是全文的總結(jié)與展望。
　　本文的主要研究結(jié)論如下:
　　(1)通過用硼原子替換五種C3N4同質(zhì)多晶體中的碳原子，幾何優(yōu)化并得到五種構(gòu)型的B3N4，其晶格參數(shù)與可利用的理論值一致。在零溫零壓下，除cs-B3N4以外，它們均是熱力學(xué)穩(wěn)定的。
　　(2)零壓下，五種B3N4同質(zhì)多晶體均是力學(xué)穩(wěn)定的。c-B3N4、 cs-B3N4和p-B3N4在0到100 GPa范圍內(nèi)滿足力學(xué)穩(wěn)定性判據(jù)，然而β-B3N4和α

4、-B3N4在壓強分別達到30 GPa和80 GPa時，開始傾向于力學(xué)不穩(wěn)定。
　　(3) c-B3N4的基態(tài)能量是五種B3N4中最低的，它具有優(yōu)異力學(xué)強度，比如高剪切模量(248 GPa)，由經(jīng)驗公式計算的維氏硬度為34.2 GPa，表明c-B3N4可能是一種超不可壓縮和高硬度的晶體。基態(tài)能量最低的B3N4相和B3N4亞穩(wěn)相有可能在實驗上被合成。
　　(4)在零壓下，體積彈性模量與剪切模量的比值（B/G）計算結(jié)果表明c-B3