本文主要研究内容
作者朱海燕（2019）在《新型超硬材料β-Si3N4和t-C8B2N2电子和弹性特性的外力调制》一文中研究指出：人们将维氏硬度测量值大于40 GPa的材料称为超硬材料。由于超硬材料具有高度的不可压缩性和高的电子密度及键的共价性,因而在耐磨、抛光、保护涂层等方面都有广泛的应用。实验上一般采用维氏测量的方法得到材料的硬度值,但是这种实验上的测量往往伴随着复杂的实验过程、昂贵的实验器材以及不可控的外在因素等问题,所以如何从理论上研究材料的硬度是目前科学家研究的重点问题。β-C3N4曾被预测是一种比金刚石还硬的材料,而β-Si3N4结构被用作是β-C3N4理论计算的原型,这为我们在理论上和实验上研究β-Si3N4的性质提供了动力。t-C8B2N2由碳硼氮三种轻元素构成,已被理论上证实是硬度值大于立方氮化硼(c-BN)的超硬材料。本文的方向是利用第一性原理探索β-Si3N4和t-C8B2N2两种材料的性质如何随静水压力以及双轴应变变化,主要涉及到对电子结构及弹性性质尤其是对硬度值的研究。文章的主要框架如下:第一章主要介绍了文章的概括,包括什么是超硬材料,主要的超硬材料有哪些,计算材料科学以及β-Si3N4和t-C8B2N2两种材料的研究现状。第二章简单介绍了密度泛函理论(DFT)的起源及基本框架,还有为了精确计算交换关联能发展而来的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)。到了第三章开始我们将研究重心放在外力对于β-Si3N4性质的影响。我们采用广义梯度近似(GGA)的近似方法研究了静水压力和双轴应变对于β-Si3N4的晶体结构、电子结构以及弹性性质的影响。在我们的计算中,晶格常数在压力下的变化趋势与已有的实验结果基本吻合,表明了我们结果的准确性。β-Si3N4的能带结构能够通过施加外力来调整。在压力情况下带隙值单调增大,但在双轴应变下带隙变化是非对称和非线性的。β-Si3N4是间接带隙半导体,带隙值为4.21 eV,在压力和压缩应变下仍然为间接带隙,而当εxx=5%时发生了间接带隙到直接带隙的转变。随着压力和压缩(拉伸)应变的施加,体积模量(BH)和维氏硬度(Hv)呈现增加(减小)趋势。β-Si3N4属于韧性材料,通过施加压力和压缩应变可以表现出更好的韧性行为。我们计算出的β-Si3N4的硬度值为30.4GPa,并未超过超硬材料的临界值40 GPa。由三维杨氏模量曲面图可以看出,β-Si3N4在环境条件下表现出显著的各向异性,沿[0001]方向与在a-b平面内的各向异性有很大差别,并且在外力作用下各向异性进一步增强。我们还首次计算了 β-Si3N4在外力下的声速和德拜温度。第四章我们采用局域密度近似(LDA)的方法研究了压力和双轴应变对于t-C8B2N2的电子性质以及弹性性质的影响。我们利用变换矩阵将立方金刚石结构转换成四角结构,在通过用硼(B)和氮(N)替换其中的部分碳(C)原子得到t-C8B2N2的晶体结构。t-C8B2N2是带隙值为1.75 eV的间接带隙半导体,在压力下带隙值呈现线性增大的趋势。在双轴应变下的情况稍微复杂,当双轴应变为3%≤εxx≤5%时,t-C8B2N2完成了由间接带隙到直接带隙的转变。所有弹性常数(C66除外)和弹性模量随着压力和压缩(拉伸)应变的增加而(减小)。t-C8B2N2的体积模量和剪切模量的比值BH/GH为0.994,表明t-C8B2N2本身是脆性材料,但在外力下脆性减弱。杨氏模量E的三维曲面图在不同压力和双轴应变下发生很大的变形,这与各向异性因子的结果都表明其在外力下各向异性增大。我们利用微观理论模型得到的t-C8B2N2的理论硬度值为64.7 GPa,硬度值在压力和压缩应变下增大。这个结果可以通过相对键强的分析来佐证。第五章我们对文章的主要结论进行了概括总结。
Abstract
ren men jiang wei shi ying du ce liang zhi da yu 40 GPade cai liao chen wei chao ying cai liao 。you yu chao ying cai liao ju you gao du de bu ke ya su xing he gao de dian zi mi du ji jian de gong jia xing ,yin er zai nai mo 、pao guang 、bao hu tu ceng deng fang mian dou you an fan de ying yong 。shi yan shang yi ban cai yong wei shi ce liang de fang fa de dao cai liao de ying du zhi ,dan shi zhe chong shi yan shang de ce liang wang wang ban sui zhao fu za de shi yan guo cheng 、ang gui de shi yan qi cai yi ji bu ke kong de wai zai yin su deng wen ti ,suo yi ru he cong li lun shang yan jiu cai liao de ying du shi mu qian ke xue jia yan jiu de chong dian wen ti 。β-C3N4ceng bei yu ce shi yi chong bi jin gang dan hai ying de cai liao ,er β-Si3N4jie gou bei yong zuo shi β-C3N4li lun ji suan de yuan xing ,zhe wei wo men zai li lun shang he shi yan shang yan jiu β-Si3N4de xing zhi di gong le dong li 。t-C8B2N2you tan peng dan san chong qing yuan su gou cheng ,yi bei li lun shang zheng shi shi ying du zhi da yu li fang dan hua peng (c-BN)de chao ying cai liao 。ben wen de fang xiang shi li yong di yi xing yuan li tan suo β-Si3N4he t-C8B2N2liang chong cai liao de xing zhi ru he sui jing shui ya li yi ji shuang zhou ying bian bian hua ,zhu yao she ji dao dui dian zi jie gou ji dan xing xing zhi you ji shi dui ying du zhi de yan jiu 。wen zhang de zhu yao kuang jia ru xia :di yi zhang zhu yao jie shao le wen zhang de gai gua ,bao gua shen me shi chao ying cai liao ,zhu yao de chao ying cai liao you na xie ,ji suan cai liao ke xue yi ji β-Si3N4he t-C8B2N2liang chong cai liao de yan jiu xian zhuang 。di er zhang jian chan jie shao le mi du fan han li lun (DFT)de qi yuan ji ji ben kuang jia ,hai you wei le jing que ji suan jiao huan guan lian neng fa zhan er lai de ju yu mi du jin shi (LDA)he an yi ti du jin shi (GGA)。dao le di san zhang kai shi wo men jiang yan jiu chong xin fang zai wai li dui yu β-Si3N4xing zhi de ying xiang 。wo men cai yong an yi ti du jin shi (GGA)de jin shi fang fa yan jiu le jing shui ya li he shuang zhou ying bian dui yu β-Si3N4de jing ti jie gou 、dian zi jie gou yi ji dan xing xing zhi de ying xiang 。zai wo men de ji suan zhong ,jing ge chang shu zai ya li xia de bian hua qu shi yu yi you de shi yan jie guo ji ben wen ge ,biao ming le wo men jie guo de zhun que xing 。β-Si3N4de neng dai jie gou neng gou tong guo shi jia wai li lai diao zheng 。zai ya li qing kuang xia dai xi zhi chan diao zeng da ,dan zai shuang zhou ying bian xia dai xi bian hua shi fei dui chen he fei xian xing de 。β-Si3N4shi jian jie dai xi ban dao ti ,dai xi zhi wei 4.21 eV,zai ya li he ya su ying bian xia reng ran wei jian jie dai xi ,er dang εxx=5%shi fa sheng le jian jie dai xi dao zhi jie dai xi de zhuai bian 。sui zhao ya li he ya su (la shen )ying bian de shi jia ,ti ji mo liang (BH)he wei shi ying du (Hv)cheng xian zeng jia (jian xiao )qu shi 。β-Si3N4shu yu ren xing cai liao ,tong guo shi jia ya li he ya su ying bian ke yi biao xian chu geng hao de ren xing hang wei 。wo men ji suan chu de β-Si3N4de ying du zhi wei 30.4GPa,bing wei chao guo chao ying cai liao de lin jie zhi 40 GPa。you san wei yang shi mo liang qu mian tu ke yi kan chu ,β-Si3N4zai huan jing tiao jian xia biao xian chu xian zhe de ge xiang yi xing ,yan [0001]fang xiang yu zai a-bping mian nei de ge xiang yi xing you hen da cha bie ,bing ju zai wai li zuo yong xia ge xiang yi xing jin yi bu zeng jiang 。wo men hai shou ci ji suan le β-Si3N4zai wai li xia de sheng su he de bai wen du 。di si zhang wo men cai yong ju yu mi du jin shi (LDA)de fang fa yan jiu le ya li he shuang zhou ying bian dui yu t-C8B2N2de dian zi xing zhi yi ji dan xing xing zhi de ying xiang 。wo men li yong bian huan ju zhen jiang li fang jin gang dan jie gou zhuai huan cheng si jiao jie gou ,zai tong guo yong peng (B)he dan (N)ti huan ji zhong de bu fen tan (C)yuan zi de dao t-C8B2N2de jing ti jie gou 。t-C8B2N2shi dai xi zhi wei 1.75 eVde jian jie dai xi ban dao ti ,zai ya li xia dai xi zhi cheng xian xian xing zeng da de qu shi 。zai shuang zhou ying bian xia de qing kuang shao wei fu za ,dang shuang zhou ying bian wei 3%≤εxx≤5%shi ,t-C8B2N2wan cheng le you jian jie dai xi dao zhi jie dai xi de zhuai bian 。suo you dan xing chang shu (C66chu wai )he dan xing mo liang sui zhao ya li he ya su (la shen )ying bian de zeng jia er (jian xiao )。t-C8B2N2de ti ji mo liang he jian qie mo liang de bi zhi BH/GHwei 0.994,biao ming t-C8B2N2ben shen shi cui xing cai liao ,dan zai wai li xia cui xing jian ruo 。yang shi mo liang Ede san wei qu mian tu zai bu tong ya li he shuang zhou ying bian xia fa sheng hen da de bian xing ,zhe yu ge xiang yi xing yin zi de jie guo dou biao ming ji zai wai li xia ge xiang yi xing zeng da 。wo men li yong wei guan li lun mo xing de dao de t-C8B2N2de li lun ying du zhi wei 64.7 GPa,ying du zhi zai ya li he ya su ying bian xia zeng da 。zhe ge jie guo ke yi tong guo xiang dui jian jiang de fen xi lai zuo zheng 。di wu zhang wo men dui wen zhang de zhu yao jie lun jin hang le gai gua zong jie 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国矿业大学的朱海燕，发表于刊物中国矿业大学2019-07-18论文，是一篇关于第一性原理论文,超硬材料论文,外力论文,电子结构论文,弹性性质论文,中国矿业大学2019-07-18论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国矿业大学2019-07-18论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：第一性原理论文; 超硬材料论文; 外力论文; 电子结构论文; 弹性性质论文; 中国矿业大学2019-07-18论文;