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(nèi)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(xué)、光學(xué)和熱力學(xué)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(jié)構(gòu)以及力學(xué)、光學(xué)和熱力學(xué)等物理性能,用熱壓燒結(jié)技術(shù)制備出六硼化鈣的塊體陶瓷并對其微觀結(jié)構(gòu)和性能研究。
　　通過把不同的交換關(guān)聯(lián)函數(shù)對六硼化鈣進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)的定域性,B原子的2s態(tài)電子和2p電子態(tài)形成強(qiáng)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(xué)性質(zhì)計算結(jié)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(yīng)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(xué)性

5、質(zhì)研究表明:CaB6在布里淵區(qū)G點的總振動模式3個聲學(xué)支和18個光學(xué)支組成,B原子對CaB6聲子態(tài)密度中的高頻區(qū)域的貢獻(xiàn)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(xiàn)程度較大;焓(Enthalpy)、自由能(Free Energy)和熵(Entropy)跟熱力學(xué)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(jié)制備的六硼化鈣