【摘 要】
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本论文主要关注的是超硬材料,尤其是轻元素体系如硼碳氮氧化合物等。全文的主题思想有两个:(1)预测晶体结构(包括阐明实验未解释清楚的结构,尤其是超硬材料),(2)寻找物质宏观
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本论文主要关注的是超硬材料,尤其是轻元素体系如硼碳氮氧化合物等。全文的主题思想有两个:(1)预测晶体结构(包括阐明实验未解释清楚的结构,尤其是超硬材料),(2)寻找物质宏观物理性质和微观电子结构之间的关系,例如硬度和振动频率等。首先我们用模拟的X射线衍射谱(XRD)和拉曼(Raman)预测了超硬材料BC2N的晶体结构,结合硬度微观模型,证明预测的t-BC2N的硬度为75.3GPa,与实验符合很好(76GPa),确实是第二超硬材料,理想强度的计算也支持了我们的观点。其次解释了合成的o-BC2N实验拉曼光谱横向光学振动模式缺失的可能原因。我们通过总结经典类金刚石结构的拉曼谱,构建了一个半经验的微观模型(拉曼模型)来预测强共价晶体的硬度,考虑到高压下合成的某些样品晶体结构不清楚,或者晶粒过小不适合做硬度实验的情况下,这个模型可以提供一个间接的、非破坏性的方法来衡量新材料的硬度。我们通过对材料同分异构体(同质多晶)的第一性原理研究,发现了密立根转移电荷在同种原子间是否分布平衡可以作为预测能量更低的亚稳结构的判据,并且理论预测了两个新的能量更低的镁硼氢化合物Mg(BH4)2的亚稳结构作为支持我们结论的依据。
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