新型超硬C-N類材料結(jié)構(gòu)及性能的第一性原理研究.pdf

1、新型超硬碳及碳氮材料的結(jié)構(gòu)預測及力學性能的研究是目前輕元素超硬材料研究領(lǐng)域的熱點。本論文在綜述輕元素超硬材料研究的發(fā)展脈絡、存在問題及第一性原理計算的基本原理和相關(guān)計算方法的基礎(chǔ)上，利用基于密度泛函理論（DFT）的VASP軟件，計算了幾種新型的C/N類超硬材料的電子結(jié)構(gòu)及彈性、理想強度、理論硬度等力學性能，研究了材料的微觀構(gòu)相及與宏觀性能的關(guān)系。
　　首先，對近年來提出的類金剛石碳單質(zhì)超硬材料進行了力學性能的系統(tǒng)研究，其中的P-碳

2、不但在熱力學上相對更加穩(wěn)定，而且在P-碳結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了迄今為止最硬的碳-碳共價鍵，其硬度值高達114GPa，顯著高于Z-碳、oC32-碳，S-碳，X-碳，F(xiàn)-碳，M585-碳等新型超硬碳相。其獨特的力學性能有望在特定領(lǐng)域顯現(xiàn)出非凡的應用前景。
　　同時，利用第一性原理詳細地研究了一種新型超硬碳氮材料—簡心正交結(jié)構(gòu)Pnnm-CN的電子結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及彈性性質(zhì)、理想拉伸強度、理想剪切強度、理論硬度等力學性能。結(jié)果表明，Pnnm-CN的

3、理想強度達到41.0GPa，高于P42/m-CN的理想強度40GPa。Pnnm-CN的理論硬度為64GPa，明顯高于cg-CN及P42/m-CN的硬度。顯示出Pnnm-CN是一種力學性能優(yōu)良，具有潛在應用前景的新型碳氮超硬材料。
　　最后，預測出了兩種簡心立方C3N4三維共價結(jié)構(gòu)—Pm3n-C3N4和P43m-C3N4，研究了其電子結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及彈性性質(zhì)、理想強度、理論硬度等力學性能。計算結(jié)果表明Pm3n-C3N4是具有直接帶