【摘 要】
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亚氧化硼B6O具有高导热性、高硬度、低密度和高化学惰性等优良性能,被广泛应用于工程机械精密加工、国防器械涂层、电子电器漆面等现代化重要领域。为了改善B6O脆性断裂的缺陷,本文采用结构替代法,通过对B6O化学组分和配比的调整,提出了一种新型过渡金属与轻元素相结合的三元化合物Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）,并基于第一性原理对该材料的结构、稳定性、机械性能、光电特性以及掺杂对材料内在机理的影响进行
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亚氧化硼B6O具有高导热性、高硬度、低密度和高化学惰性等优良性能,被广泛应用于工程机械精密加工、国防器械涂层、电子电器漆面等现代化重要领域。为了改善B6O脆性断裂的缺陷,本文采用结构替代法,通过对B6O化学组分和配比的调整,提出了一种新型过渡金属与轻元素相结合的三元化合物Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）,并基于第一性原理对该材料的结构、稳定性、机械性能、光电特性以及掺杂对材料内在机理的影响进行了研究分析。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）的结构、稳定性以及机械性能。在稳定性方面,弹性常数的计算结果表明两种结构是机械稳定的;声子色散谱没有出现虚频,说明两种结构均满足动力学稳定性。在机械性能方面,Cmcm-B5AlO具有较大的杨氏模量和维氏硬度,因此具有较高的硬度和较好的抗变形能力。Cmcm-B5AlO的杨氏模量各向异性较小,Cmcm-B5ZrO的杨氏模量各向异性较大。Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）的B/G值分别为1.12、2.19,泊松比分别为0.157、0.302,结果表明,在0GPa 下Cmcm-B5AlO是脆性材料,而Cmcm-B5ZrO是塑性材料,说明通过锆元素的掺杂,亚氧化硼由脆性材料转变为塑性材料,明显改善了其脆性断裂的缺陷。在光电特性方面,采用了参数自由密度泛函模型PBE0杂化泛函进行计算。电学特性中,能带结构图显示导带与价带之间发生重叠没有禁带,说明两种结构均为金属材料,具有优良的导电导热性能。态密度图表明Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）材料的结构稳定性与成键电子轨道有密切关系。光学特性中,通过对Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）材料的介电常数、吸收光谱、反射光谱、折射率、电导率以及损耗函数的分析,发现在不同极化方向上两个结构的吸收系数均满足在105cm-1数量级以上,这说明Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）有很强的激子效应,Cmcm-B5ZrO与Cmcm-B5AlO相比出现了明显的红移现象。介电常数表明Cmcm-B5ZrO更易获得能量从而发生电子跃迁,说明其电子的活动性更高,将材料Cmcm-B5ZrO应用于电子器件当中时更容易获得响应。本文提出的两种新结构均能有效改善亚氧化硼材料易产生裂纹的缺陷,与此同时研究了两种材料各方面的性能表现,为后续此类新型超硬材料Cmcm-B5XO（X=Al、Zr）的研究以及在光电领域的应用提供了一定的参考价值。
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