【摘 要】
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随着时代的迅速发展,人们面临着日渐突出的环境污染问题。在生产传统的含能材料时,其中有大多数高能化合物在被合成的同时也会使得环境受到严重的污染。因此,找到对环境友好的高能量密度材料（HEDMs）迫在眉睫。金属富氮化合物不仅有高能量的特征,同时其又具有较好的稳定性,生产时也不会增加环境的负担,是一种新型的高能量密度材料化合物。在本论文中采用了基于粒子群优化算法的新的晶体结构预测程序——CALYPSO方
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随着时代的迅速发展,人们面临着日渐突出的环境污染问题。在生产传统的含能材料时,其中有大多数高能化合物在被合成的同时也会使得环境受到严重的污染。因此,找到对环境友好的高能量密度材料（HEDMs）迫在眉睫。金属富氮化合物不仅有高能量的特征,同时其又具有较好的稳定性,生产时也不会增加环境的负担,是一种新型的高能量密度材料化合物。在本论文中采用了基于粒子群优化算法的新的晶体结构预测程序——CALYPSO方法,并结合了第一性原理计算,预测出了体系YN x（x=1/4、2/7、1/3、2/5、1/2、1、3/2、2、5/2和（3-12））的不同化学计量单位在高压下存在的一些焓值较低的结构,通过比较在0、25、50、75和100 GPa压力下相对于解离成固体Y和N2的形成焓找出了相对稳定的结构配比:Y5N2,Y3N2,YN,YN2,YN3,YN4,YN5,YN8和YN10。并深入探讨了这些稳定配比的结构、电子结构特征以及力学性能,这些对后续实验有着重要的指导意义。得到了如下一些创新性结果。文中采用有效晶体结构搜索方法（CALYPSO）在0至100GPa的高压范围内对氮化钇进行了广泛的结构搜索,并结合第一原理计算研究了不同配比的钇氮化合物(Y5N2,Y3N2,YN,YN2,YN3,YN4,YN5,YN8和YN10)的结构、力学性质和电子特性,研究中发现许多氮含量较高的钇氮化合物可以在相对温和的压力下形成。我们的结果表明,氮可以在相对较低的压力（约10GPa）下与钇反应,并形成具有各种组份的高能量密度化合物。它们的结构是多样的,其中包括一维聚合物晶体（例如YN4/YN5）和三维无限延伸的立体图（例如YN8）。计算中发现富氮的YN5和YN8化合物在环境条件下可作为亚稳态高能材料回收,在分解为分子氮和YN时能释放出大量的能量(2.51 k Jg-1和3.18kJg-1)。其中最惊喜的是,三维结构的YN8显示出了惊人的高能量密度,是所有已知的多氮化合物中能量密度最高的氮化物,这使得YN8成为HEDM的有前途的候选物。我们的发现丰富了富氮金属化合物的种类,并为新型高能量密度材料的设计和合成开辟了道路。
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