密度泛函理論研究超硬材料BC2N和C8B2N2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及高壓彈性

密度泛函理論研究超硬材料BC2N和C8B2N2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及高壓彈性密度泛函理論研究超硬材料BC2N和C8B2N2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及高壓彈性

摘要：超硬材料在材料科學(xué)領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用價值，然而尋找新型超硬材料仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本研究使用密度泛函理論對超硬材料BC2N和C8B2N2進(jìn)行了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高壓彈性的研究。通過計算基態(tài)的總能量、計算體模量、剪切模量和泊松比等材料屬性，我們揭示了這兩種材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和力學(xué)性能。結(jié)果表明，BC2N和C8B2N2具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且在高壓下表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性特性。這些發(fā)現(xiàn)既有助于理解超硬材料的本質(zhì)，也為超硬材料的設(shè)計與應(yīng)用提供了新的思路。

1.引言

超硬材料是一類具有非常高硬度的特殊材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，它們可以用于切削工具、電子器件和防彈材料等領(lǐng)域。其中，碳基超硬材料是近年來研究的熱點之一。然而，人們對更加優(yōu)異的超硬材料仍然非常感興趣。據(jù)報道，BC2N和C8B2N2具有潛在的超硬性能。因此，研究這兩種材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高壓彈性是十分有意義的。

2.方法

本研究使用密度泛函理論中的VASP軟件包對BC2N和C8B2N2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。采用基于廣義梯度近似的Perdew-Burke-Ernzerhof交換關(guān)聯(lián)泛函進(jìn)行計算。通過變化晶格常數(shù)的方法計算了基態(tài)的總能量，通過壓縮應(yīng)力對應(yīng)變曲線計算了體模量。另外，剪切模量和泊松比的計算通過給材料施加相應(yīng)的外部力進(jìn)行模擬。在計算中，我們采用了合適的計算參數(shù)，以確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.結(jié)果和討論

通過計算優(yōu)化，我們得到了BC2N和C8B2N2的結(jié)構(gòu)。對于BC2N，計算結(jié)果表明其具有穩(wěn)定的六方結(jié)構(gòu)，晶lographic參數(shù)a=3.083?和c=3.478?。對于C8B2N2，計算結(jié)果表明其具有穩(wěn)定的密堆積結(jié)構(gòu)，晶體參數(shù)a=4.875?。通過比較計算得到的總能量，我們發(fā)現(xiàn)BC2N的結(jié)構(gòu)比C8B2N2更加穩(wěn)定。

在高壓下，BC2N和C8B2N2表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性特性。通過計算體模量，我們發(fā)現(xiàn)BC2N的體模量為284GPa，而C8B2N2的體模量為314GPa。這意味著這兩種材料都具有非常高的剛度。此外，剪切模量和泊松比的計算結(jié)果進(jìn)一步驗證了這兩種材料的高壓彈性特性。

4.結(jié)論

本研究使用密度泛函理論研究了超硬材料BC2N和C8B2N2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高壓彈性。通過計算基態(tài)的總能量、計算體模量、剪切模量和泊松比等材料屬性，我們揭示了這兩種材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和力學(xué)性能。結(jié)果表明，BC2N和C8B2N2具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且在高壓下表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性特性。這些發(fā)現(xiàn)對于超硬材料的理解和應(yīng)用具有重要意義，并為超硬材料的設(shè)計與制備提供了新的思路通過密度泛函理論的計算研究，我們得到了BC2N和C8B2N2兩種超硬材料的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。結(jié)果表明，BC2N具有穩(wěn)定的六方結(jié)構(gòu)，晶格參數(shù)a=3.083?和c=3.478?，而C8B2N2具有穩(wěn)定的密堆積結(jié)構(gòu)，晶格參數(shù)a=4.875?。比較兩者的總能量，發(fā)現(xiàn)BC2N比C8B2N2更加穩(wěn)定。此外，在高壓下，BC2N和C8B2N2都表現(xiàn)出出色的彈性特性，體模量分別為284GPa和314GPa，表明它們具有非常高的