新型六方超硬材料的第一性原理研究.pdf

1、本文通過基于密度泛函理論以及微擾理論的第一性原理方法，計(jì)算研究w-BN、w-BC2N、r3m-B2CN及r3m-BC2N的晶格常數(shù)和彈性常數(shù)，并分析了聲子色散關(guān)系。接著，在此基礎(chǔ)上具體分析了材料的力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，以及力學(xué)與熱學(xué)性質(zhì)中存在的各向異性，全面地闡述了四種六方新型超硬材料的力學(xué)、光學(xué)與熱學(xué)性質(zhì)及變化規(guī)律，目的在于為實(shí)驗(yàn)合成此類超硬材料提供可靠的理論依據(jù)。
　　第三章對(duì)w-BN、w-BC2N、r3m-B2CN及r3m-

2、BC2N的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算研究。計(jì)算結(jié)果表明:四種材料的能帶結(jié)構(gòu)均屬于間接躍遷型半導(dǎo)體;r3m-B2CN的能帶結(jié)構(gòu)圖形中一些價(jià)帶穿過費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶形成了自由電子，導(dǎo)致了其能帶間隙最小，并說(shuō)明存在導(dǎo)電性質(zhì)。
　　第四章研究了w-BN、w-BC2N、r3m-B2CN及r3m-BC2N力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)彈性常數(shù)，計(jì)算了四種材料的泊松比、彈性模量、彈性各向異性因子。計(jì)算結(jié)果表明:w-BN、w-BC2N、r3m-BC2N原子結(jié)合力是非中心力

3、，而r3m-B2CN原子結(jié)合力為中心力;四種材料是彈性各向異性的;彈性模量的三維立體圖形在每個(gè)面的形狀不同以及不同晶向上的拉伸與剪切的應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)一步說(shuō)明四種材料的各向異性;r3m-B2CN各向異性程度非常大，并且三維楊氏模量圖形呈現(xiàn)8字形狀。
　　第五章分析了w-BN、w-BC2N、r3m-B2CN及r3m-BC2N的光學(xué)性質(zhì)?；谒姆N材料的復(fù)介電函數(shù)，具體計(jì)算了四種材料的光折射率、光吸收率、光反射率和損失函數(shù)。結(jié)果顯示:四種

4、超硬材料在高頻能區(qū)內(nèi)很難吸收光;r3m-B2CN能帶結(jié)構(gòu)中價(jià)帶穿越了費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入了導(dǎo)帶，與態(tài)密度中p電子態(tài)穿越了費(fèi)米能級(jí)形成自由電子相對(duì)應(yīng)，這解釋了r3m-B2CN不同于其它三種材料的光學(xué)性質(zhì)，并且發(fā)現(xiàn)r3m-B2CN具有優(yōu)異的光選擇性能。
　　第六章具體的闡述分析了w-BN、w-BC2N、r3m-B2CN及r3m-BC2N的熱學(xué)性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):w-BN、w-BC2N、r3m-BC2N具有良好的熱穩(wěn)定性;r3m-B2CN聲子色散曲