【摘 要】
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超硬材料是指维氏硬度测试超过40 GPa的高压相材料,它们能够运用到国家各个行业领域中。由硼（B）、碳（C）、氮（N）和氧（O）等轻质元素之间形成的超硬材料因高硬度、重量轻、原材料易获取和性能好的特点在新型超硬材料中有着重要的地位。这类超硬材料可以形成绝缘体、半导体和导体等性质,在实验和理论上吸引了人们的强烈关注。本文基于密度泛函理论的第一性原理方法对四种轻元素组成的超硬材料进行了研究报告,分析了
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超硬材料是指维氏硬度测试超过40 GPa的高压相材料,它们能够运用到国家各个行业领域中。由硼（B）、碳（C）、氮（N）和氧（O）等轻质元素之间形成的超硬材料因高硬度、重量轻、原材料易获取和性能好的特点在新型超硬材料中有着重要的地位。这类超硬材料可以形成绝缘体、半导体和导体等性质,在实验和理论上吸引了人们的强烈关注。本文基于密度泛函理论的第一性原理方法对四种轻元素组成的超硬材料进行了研究报告,分析了这几种类型化合物的硬度,力学性质,弹性性质,电子性质和光学性质等。文章的主要内容和结论如下:（1）首先是对两种新型Cm-BC2N-1和Cm-BC2N-2超硬结构的力学、弹性和电子性能计算。这两种结构的弹性常数和声子色散曲线表明,它们在100 GPa压力范围内是稳定的。两种结构在施加压力是无明显变形说明两种结构具有良好的抗压性。用GGA方法计算得到的电子性质表明,两种结构都属于间接带隙半导体,带隙分别为1.753 e V和1.718 e V,带隙值会随着压力的增加而变大。两种结构的三维杨氏模量图显示出它们的弹性各向异性很小。两种Cm-BC2N的维氏硬度值与立方氮化硼相当,抗压缩性强,各向异性小,表明这两种Cm-BC2N超硬材料潜在的工业应用前景。（2）接下来,经计算得到单斜C8N2和正交C8N8两种结构在0-50 GPa压力范围内属于超硬材料的范畴,在力学上有很好的应用前景。利用HSE06方法对两种结构电子性能计算发现单斜C8N2属于半导体,正交C8N8属于绝缘体。杨氏模量和各向异性表明两种结构的各向异性程度较高。在对光学性质的计算下,单斜C8N2在可见光区具有一定的吸收能力,可以用作可见光吸收材料。正交C8N8结构在可见光区没有吸收而在紫外光区域有一定吸收,可以用来制作紫外线保护涂层。本论文有图15幅,表5个,参考文献133篇
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