本文關鍵詞： 第一性原理 超硬材料 晶體結構設計　出處：《吉林大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：超硬材料廣泛應用于國防和工業(yè)生產(chǎn)中,新型超硬材料的設計與合成一直備受大家的關注。本文利用高效的CALYPSO晶體結構理論預測方法,結合第一性原理計算,選取最有潛力成為超硬材料的硼、碳、氮的化合物為研究對象,開展了系統(tǒng)性的新型超硬材料的設計研究,獲得了如下創(chuàng)新性結果：1.盡管實驗上成功合成立方BC2N、c-BC5和c-BC3等新型超硬材料,但實驗和理論仍無法確定這些材料的晶體結構。本論文通過CALYPSO方法首次確定了實驗上合成的具有立方金剛石結構的BC3相(d-BC3),揭示了其近各向同性和良好的延展性是由于特殊的成鍵方式和成鍵相繼破壞機制決定。本研究工作解決了困擾多年的立方BC3相的結構難題,為日后進一步解決其它B-C化合物的晶體結構奠定了理論基礎。2.設計了一種新型正交相超硬碳,命名為oC32碳,可以通過石墨加壓來合成,該超硬相具有明顯的能量優(yōu)勢,低于前人理論提出的系列冷壓石墨碳的能量,為實驗合成該超硬相提供了理論基礎。3.設計了四種具有高效的光電轉換率的二維B-N-C光學功能材料,帶隙寬度在可見光的能量區(qū)間內(nèi),確定了混合不同濃度的石墨烯和h-BN可實現(xiàn)對Bx/2Nx/2C1-x帶隙寬度的調(diào)控,為探索新一代的太陽能光電材料奠定了一定的理論基礎。
[Abstract]:Superhard materials are widely used in national defense and industrial production, and the design and synthesis of new superhard materials have been attracting much attention. In this paper, the efficient prediction method of CALYPSO crystal structure is used. Based on the first principle calculation, the systematic design of new superhard materials was carried out by selecting the compounds of boron, carbon and nitrogen, which have the most potential to become superhard materials. The following innovative results have been obtained: 1. In spite of the successful synthesis of new superhard materials such as cubic BC2NC5 and c-BC3 in experiments. However, the crystal structure of these materials can not be determined by experiments and theories. In this thesis, the synthesized BC3 phase with cubic diamond structure has been determined by CALYPSO method for the first time. It is revealed that its near isotropy and good ductility are determined by the special bonding mode and bond successive destruction mechanism. This work solves the structural problem of cubic BC3 phase which has been puzzling for many years. It lays a theoretical foundation for further solving the crystal structure of other B-C compounds in the future. 2. A new type of orthotropic superhard carbon named oC32 carbon can be synthesized by graphite pressurization. The superhard phase has obvious energy advantage, which is lower than that of series of cold pressed graphite carbon proposed by previous theories. It provides a theoretical basis for the experimental synthesis of the superhard phase. 3. Four kinds of two-dimensional B-N-C optical functional materials with high photoelectric conversion rate are designed. The band gap width is in the energy range of visible light. It is determined that the band gap width of Bx/2Nx/2C1-x can be controlled by mixing graphene and h-BN with different concentrations, which lays a theoretical foundation for the exploration of a new generation of solar photovoltaic materials.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ163

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 高瑞平;超硬材料的設計理論取得進展[J];自然科學進展;2003年10期

2 耿瑞倫;《中國超硬材料新技術與進展》讀后[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2004年07期

3 ;我國超硬材料專利現(xiàn)狀:基礎雖弱但穩(wěn)步成長[J];超硬材料工程;2005年05期

4 方嘯虎;鄭日升;彭國強;涂建民;;超硬材料行業(yè)當前形勢與對策[J];超硬材料工程;2006年01期

5 呂智;劉燕;唐存印;;《超硬材料工程》的定位和目標[J];超硬材料工程;2006年02期

6 賀獻寶;;中小型超硬材料企業(yè)融資[J];超硬材料工程;2007年03期

7 ;我國在超硬材料科技領域又取得突破[J];超硬材料工程;2008年03期

8 陳景楓;;中國超硬材料發(fā)展論壇暨第二屆中國金剛石相關材料及應用學術研討會會議綜述[J];超硬材料工程;2008年03期

9 ;中國超硬材料行業(yè)要靠創(chuàng)新求發(fā)展[J];超硬材料工程;2008年03期

10 馮士光;;超硬材料探秘(續(xù))[J];工具技術;2009年10期

相關會議論文 前7條

1 馬金龍;程真;;加強開發(fā)利用我國傳壓密封介質(zhì)資源研究 促進我國超硬材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學術年會文集[C];2000年

2 呂智;鄭超;;超硬材料制品技術現(xiàn)狀與發(fā)展[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

3 ;第21章 河南省超硬材料及制品區(qū)域特色高技術產(chǎn)業(yè)鏈建設和發(fā)展報告[A];中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2010）[C];2011年

4 孫弘;張翼;潘梓城;;輕元素超硬材料的第一性原理計算研究[A];2004年中國材料研討會論文摘要集[C];2004年

5 方嘯虎;溫簡杰;;我國超硬材料的現(xiàn)狀與發(fā)展[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

6 崔田;;新型超硬材料的理論設計與實驗合成[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

7 李全;馬琰銘;;新型B-C-N-O超硬材料晶體結構的設計[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前10條

1 邊峰 張崔巍;河南超硬材料產(chǎn)業(yè)打造高科技創(chuàng)業(yè)新平臺[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2006年

2 張廣寧;中國超硬材料發(fā)展論壇在桂舉辦[N];桂林日報;2008年

3 經(jīng)濟視點報記者 李登攀;1.25億補助金充血河南超硬材料業(yè)[N];經(jīng)濟視點報;2009年

4 趙翔宇;鄭州高新區(qū)超硬材料產(chǎn)業(yè) 危機中凸顯集群優(yōu)勢[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2009年

5 葉欣;我國超硬材料業(yè)迎來新發(fā)展[N];中國有色金屬報;2003年

6 劉明耀;我國超硬材料業(yè)發(fā)展迅猛[N];中國工業(yè)報(中國機電日報 );2003年

7 本報記者 孫郁瑤;產(chǎn)業(yè)鏈深度合作 超硬材料龍頭布局東北[N];中國工業(yè)報;2012年

8 雨露;河南超硬材料產(chǎn)業(yè)基地技術創(chuàng)新取得重大進展[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2007年

9 ;河南超硬材料打造基地效應[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2005年

10 本報記者 魏靜;超硬材料股重估機遇顯現(xiàn)[N];中國證券報;2013年

相關博士學位論文 前3條

1 張淼;幾種典型硼—碳—氮超硬材料的結構設計[D];吉林大學;2016年

2 李倩;幾種新型超硬材料的結構設計[D];吉林大學;2015年

3 李全;高壓下新型B-C-N-O超硬材料的結構設計[D];吉林大學;2011年

相關碩士學位論文 前7條

1 王e，

本文編號：1461630