V-Si-N納米復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的第一性原理研究_4755.pdf

1、過渡金屬氮化物具有高硬度、高強(qiáng)度和良好的耐磨性、耐腐蝕性等一系列優(yōu)異的性能，是一種理想的材料保護(hù)涂層材料。隨著科技的進(jìn)步，對(duì)涂層材料性能的要求越來越高。大量的研究已經(jīng)表明，在過渡金屬氮化物中添加第三種元素是提高材料綜合性能的一種行之有效的方法。本文研究對(duì)象為VB族中具有代表性的VN，并在其中摻雜Si元素形成的V-Si-N納米復(fù)合薄膜。本文利用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理方法研究了V-Si-N納米復(fù)合薄膜的界面結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)薄膜

2、壓力下的相變情況和外壓下的性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　對(duì)三種置換型V-Si-N納米復(fù)合薄膜（WC結(jié)構(gòu)，NaCl結(jié)構(gòu)，CsCl結(jié)構(gòu)）界面的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究。首先優(yōu)化了薄膜的晶粒間距D，然后計(jì)算了Si原子在界面處的偏移情況。結(jié)果表明NaCl結(jié)構(gòu)的薄膜界面處的結(jié)構(gòu)形式為：Si原子置換V原子且沿著[110]方向偏移12%。對(duì)WC結(jié)構(gòu)和CsCl結(jié)構(gòu)的薄膜研究可知，最穩(wěn)定的界面構(gòu)型為Si原子準(zhǔn)確占據(jù)V原子的格點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)。
　　本文研究了三

3、種結(jié)構(gòu)薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過計(jì)算體系總能和結(jié)合能可知，常壓下，三種結(jié)構(gòu)薄膜的穩(wěn)定性依次為：WC結(jié)構(gòu)>NaCl結(jié)構(gòu)>CsCl結(jié)構(gòu)。通過薄膜聲子譜的計(jì)算可知，零壓下WC結(jié)構(gòu)的薄膜是最穩(wěn)定的，NaCl結(jié)構(gòu)和CsCl結(jié)構(gòu)的薄膜都不是晶格動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的。采用能量-體積關(guān)系和焓-壓力的關(guān)系對(duì)薄膜的相變情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明。WC結(jié)構(gòu)的V-Si-N復(fù)合薄膜會(huì)在42.9GPa到45GPa之間向NaCl轉(zhuǎn)變，NaCl結(jié)構(gòu)的薄膜在222.5GPa到265G

4、Pa之間會(huì)向CsCl結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
　　本文對(duì)不同壓力下三種結(jié)構(gòu)薄膜的力學(xué)性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。研究了NaCl結(jié)構(gòu)和CsCl結(jié)構(gòu)的薄膜的各彈性常數(shù)和模量隨著壓力的變化情況，然后分析探討了彈性各向異性和塑脆性等性質(zhì)。薄膜的熱學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果表明，三種結(jié)構(gòu)的薄膜的熱容CV均符合標(biāo)準(zhǔn)彈性理論中的低溫?zé)崛莺透邷責(zé)崛莸慕?jīng)典關(guān)系，從總體變化趨勢(shì)看，熱容CV隨著壓力的增大而減小，并且在高溫條件下這種減小的趨勢(shì)顯著減緩。壓力的增大會(huì)引起的無序混