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氮元素是元素周期表中的第七号元素,氮分子属于简单双原子小分子体系,在压力的作用下,氮分子在常压下的结构、化学键、性质会发生很大的改变,氮分子间的三键将断裂并形成多键形式的聚合结构,这将是一种高密度的能源材料,引起了科学家的广泛的研究。同时,在高压下探索小分子富氮化合物也一直是科研工作者的研究热点。小分子富氮化合物中氮化硅具有良好的物理和化学特性,如良好的力学性能、导热性和耐化学腐蚀性。本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,使用Materials Studio软件中的CASTEP模块对高压下聚合氮的稳定性、金属特性进行了研究,对氮化硅(Si3N4)的稳定性、电子性质和力学性能进行了研究,获得了如下结论:(1)聚合氮的结构及稳定性研究。论文工作中采用USPEX软件,预测聚合氮在100-600 GPa压力范围内的晶体结构,在所获得结构中选取6个能量较低的结构(P21/m、C2/c、P212121-500、Pnnm、P21和C mc21),并给出了所有候选结构的晶胞参数和原子位置。细致总结了六个结构的晶体结构特点,在不同压力下对其进行结构优化,并对其热力学稳定性、力学稳定性和动力学稳定性进行了研究。同时,我们收集了目前文献中已有的所有聚合氮的候选结构,选取了3个最稳定的结构(cg、Pba2和P212121)与所预测得到的结构进行稳定性比较。研究结果表明Cmc21是一种稳定的候选结构,但它不具有金属性。(2)氮化硅的结构及稳定性研究。本文选取了Si3N4的7个结构α-Si3N4(P31c)、β-Si3N4(P63/m)、c-Si3N4(Fd-3m)、δ-Si3N4(P3)、wII-Si3N4(I-43d)、P6和P’6进行研究,给出了所有候选结构的晶胞参数和原子位置。细致总结了七个结构的晶体结构特点,在不同压力下对其进行结构优化,并对其热力学稳定性、力学稳定性和动力学稳定性进行了研究。其中,Fd-3m、I-43d和P 6三个结构满足热力学、力学和动力学稳定性,可以作为理想的候选结构。同时,对其电子性质进行了详细地研究,结果表明这7种结构都不具有金属性。(3)氮化硅的力学性能研究。根据Si3N4稳定性的研究选取了五种较稳定的结构(P31c、P63/m、Fd-3m、I-43d和P 6)进行力学性能的研究。计算了五种结构的维氏硬度并从态密度的角度分析了其结构的力学性能。计算结果表明这五种结构的材料都不是超硬材料,c-Si3N4具有最大的硬度,但它的硬度值不超过40 GPa;在所研究的结构中,c-Si3N4有最大的价电子密度和电离度。这些研究结果为其他分子晶体在高压下分子解离、由简单结构向复杂结构的压致相变以及压制金属化的研究提供了重要的参考价值。