新型超硬材料BC2N的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索（CALYPSO）晶体结构预测方法, 我们发现了一种新型的具有四方结构的BC2N的同素异形体, 空间群为I4/MMM. 利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对该新型BC2N结构的电子能带结构、 态密度、 以及弹性性质展开了深入的研究. 计算结果发现： 此BC2N结构动力学稳定, 并且具有较大的体弹模量 (3544 GPa) 和剪切模量 (3755 GPa); 同时, 理论计算还表明该结构是一个带隙宽度为216 eV的直接带隙半导体, 其维氏硬度值可达到656 GPa. 因此, BC2N有望成为一种潜在的新型超硬材料和发光材料. 本工作将为人们探索新型的超硬材料提供一定的理论依据.     

新型立方碳的第一性原理研究

利用最新的粒子群优化算法,发现一种新型立方碳结构(命名为sc-C20,a=4.886(A)),并对其性质及可能的合成方法进行了研究.在常压下sc-C20可以亚稳存在,当压力超过100 GPa时,sc-C20比石墨稳定,表明其通过高压手段合成的可能性.通过对比晶格常数和晶面间距,发现sc-C20与实验合成的a=4.86 (A)的i-碳结构相吻合,表明sc-C20有可能通过化学手段合成.电子能带结构计算表明sc-C20为宽带隙(4.20 eV)半导体型碳,并且随着压力升高带隙呈现增大的趋势,sc-C20带隙的大小及变化规律与金刚石相似.sc-C20的体积模量和剪切模量很高,维氏硬度为94.4 GPa,与立方金刚石硬度相当.强度计算表明sc-C20抗拉强度的各向异性较弱,其中＜lll＞方向的抗拉强度最高,为96.4 GPa.     

5d过渡金属碳、氮化合物在超硬材料方面的应用前景

随着科学技术的发展,工业上对各种功能材料的需求越来越多.与此同时,各种计算软件程序的开发使得计算机理论计算的能力也不断提高,因此越来越多的物理、化学和材料等领域的研究分支也日益壮大.近年来,伴随一些过渡金属碳、氮化合物在一定实验条件下的合成,过渡金属碳、氮化合物独特的一些物理性质如高熔点、高硬度及超导性等被人们逐渐重视.在切割工具、扩散障碍层、太阳能电池等工业应用方面过渡金属碳、氮化合物具有广泛的应用前景,因而引起了众多科学家的研究兴趣.     

山东省超硬材料工程技术研究中心

2005年2月，山东省超硬材料工程技术研究中心（以下简称中心)组建工作正式启动。该中心是由济宁市科技局和邹城市政府主管，以山东大学和邹城市新益达冶金有限公司为依托单位组建的在国家经济产业和技术政策指导下由心按照山东省经济发展战略和高拄术产业化要求通过项目的研究与开发努力促进山东省超硬材料行业的发展。     

高压下超硬材料VB晶体稳定性及物理性质

钒硼化物在新型超硬材料探索过程中脱颖而出,成为未来超硬材料的研究重点。研究过程中所有的计算均采用第一性原理密度泛函理论方法,在VASP软件中实现的。交换关联泛函采用General Gradient Approximate(GGA)的形式,价电子波函数由projector-augmented wave (PAW)方法来处理,截断能为550 eV;通过应力-应变方法计算在0、20、40、60、80、100 GPa压力下材料的弹性常数;通过Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似方法获得材料的弹性模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性性质。计算表明:VB在常压下的维氏硬度39.9 GPa,是一种潜在的超硬材料;VB是一种正交结构,一个晶胞中含有8个原子,且随着压力的增加稳定性增强;VB具有金属特性,是一种脆性材料。计算的数据与实验结果吻合,为进一步研究钒硼化物提供理论指导。     

超硬材料刀具CAPP系统设计

介绍了综合应用Visual Basic、Visual Access和AutoCAD软件,结合超硬材料刀具生产工艺特点设计超硬材料刀具CAPP系统的方法。     

新型二维碳材料net-Y光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,对新型二维碳材料(单层net-Y)的光学性质进行了研究.基于反射、吸收、折射和介电函数等数据分析了单层net-Y的光学性质.计算结果表明:在E_x、E_y和E_z这3个方向极化下,单层net-Y的复介电函数、复折射函数、吸收系数等光学性质表现出显著的各向异性.光学性质研究表明:该材料在整体光区具有极不敏感的光反射性质,且在紫外光区具有高吸光系数以及在能量频率为10.0 eV处具有极低的消光系数.此外, 与其他波段的光相比,在E_y极化下单层net-Y对黄光有更强的光折射响应.     

硬脆材料加工中超硬刀具的应用

在硬脆材料的加工中,对刀具材料的要求越来越高,硬度高、性能好的刀具已成为加工过程中理想的刀具。近年研制成功的超硬刀具,由于的性能好,耐用度高、综合成本低等特点,应用越来越广泛。本文主要针对超硬刀具在硬脆材料中的应用进行分析,使超硬刀具在今后能够得到更好的发展以及更加广泛的应用。     

蔬菜藤蔓衍生制备高性能锂离子电池硬碳负极材料

以葫芦科丝瓜藤蔓为前驱体,通过高温热解碳化制备具有多级孔结构的硬碳材料;采用扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜和氮气吸附-脱附等方法,对制备的硬碳材料进行形貌和结构分析;采用循环伏安和恒流充放电等测试方法,对制备的硬碳材料的储锂电化学性能进行分析.结果表明:丝瓜藤蔓衍生的硬碳材料富含微孔、介孔多级孔结构,在一定...     

超硬膜β-C_3N_4的研究进展

理论分析认为β－Ｃ３Ｎ４可能是一种比金刚石还要硬的材料，它的研究成为当今材料科学的一个热点。文章论述了β－Ｃ３Ｎ４问题的由来和研究进展，以及今后的研究趋势。     

超硬高速钢二次硬度的碳饱和度判别法

碳饱和度A=C_S/C_P。C_S—钢中碳含量;C_P—碳参量,它正比于碳化物形成元素含量,由G.Steven式确定。本文确定了在碳饱和度(A)—淬火温度(T淬)—二次硬度(HRC回)三者之间的关系,从而证明,①用A作为成份参数来判别钢的二次硬化能力是可行的,②A值还可用于对具体成份(炉号)为达到某硬度选择合适的淬火温度。还根据上述原则研究了几种合金元素对W12、Mo3、Cr4、V3钢系二次硬化性能的影响,并讨论了高速钢中常用元素的互换性问题。     

有机-无机烧结“合金型”材料中的碳含量及碳和杂质晶体的形态与结构

文中提出了有机-无机烧结“合金型”材料,1700℃烧结样品的碳含量,碳和孔的形态,以及结构小的非主晶杂质晶体。测试和观察表明,材料中的碳含量与聚合物的性质关系较大。材料的常温耐压性能与碳含量没有对应关系,而碳的形态对性能影响较大,碳成网状分布有利提高材料的强度。高聚物对材料中杂质晶体的十成和分布有重要的影响。     

Research on C_3N_4 Superhard Compound Thin Film and Its Application

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣ3Ｎ4 ｉｓａｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｕｐｅｒｈａｒｄｃｏａｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ.Ｉｔｗａｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｔｈｅｏｒｙｔｏｈａｖｅａｈａｒｄｎｅｓｓｔｈａｔｃａｎｂｅｃｏｍｐａｒａｂｌｅｔｏｏｒｅｖｅｎｅｘｃｅｅｄｉｎｇｔｈａｔｏｆｄｉａｍｏｎｄ[1 4 ] ,ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｔｈｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｆｍａｎｙｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ.Ｆｕｊｉｍｏｔｏ[5] ｄｅｐｏｓｉｔｅｄＣ3Ｎ4 ｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＷＣｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｂｙＩｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＤｙｎａ…     

B_(13)C_2和B_7C_8低压缩性的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了B13C2(B12CBC)中B12二十面体极地位置的所有B原子被C原子取代后材料的性质变化.通过对比计算研究发现,取代后每个B6C6二十面体中赤道原子同赤道原子间、极地原子同极地原子间的电荷密度减小﹑Mulliken布局数由正值变为负值,说明它们由成键态转变为反键态,相互作用减弱;而极地原子同赤道原子间,以及相邻二十面体极地原子间的电荷密度相对增加﹑化学键长变短﹑sp轨道杂化进一步显著,说明它们的相互作用增强.结果造成材料的体弹模量增大、剪切模量减小;材料由半导体性过渡到金属性;电荷密度由B12二十面体相对均匀分布,转为向两极集中局域,而使主要影响材料理论硬度的最弱化学键等的计算硬度减弱、材料的理论硬度减小.     

一种可用于二阶非线性光学材料的新型对硝基酚水合物的晶体结构

合成了标题化合物水合对硝基酚C6H5NO3·1.5H2O,用X-射线单晶衍射法测定了该化合物的晶体结构.结果表明,晶体属单斜晶系,C2空间群,α=21.198(11),b=3.674 7(19),c=10.376(6)×10-10m,β=117.164(7)°,V=719.1(7)× 10-30 m3,Z=4,Dc=1.535 g/cm3,F(000)=348,λ(MoKα)=0.710 73 × 10-10m,μ=0.133mm-1.收集2 031个独立衍射点,其中可观测衍射点1 344个[I＞2σ(I)].最终偏离因子R=0.054 6,wR=0.1247.标题化合物非中心对称的晶体结构和良好的共轭分子结构符合二阶非线性光学(NLO)材料的结构要求,为我们设计有效的非中心对称的NLO材料提供了一种新的方法.     

基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融（Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB）技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1 491.6 ℃. 建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.     

C60及碳原子团簇的晶体结构

阐述了Ｃ６０的价键结构、晶体结构和对称性，Ｃ６０碳原子团簇固体的晶体结构以及布基管与布基球的关系。     

二硼化钪硬度及高压下弹性性质的第一性原理研究

用密度泛函理论的局域密度近似和广义梯度近似下赝势平面波,得到了二硼化钪的电子结构、硬度及高压下弹性性质.从电子结构上看,二硼化钪的化学键是具有共价、离子及金属键性质的混合键.得到的弹性常数（Cij）、体弹模量（B）和剪切模量（G）与其它结果进行了比较;并得出德拜温度、线性压缩率及泊松比;用布居数计算得到硬度.     

第一性原理计算nc-TiN/a-BN纳米复合超硬薄膜界面结构

利用第一性原理赝势波方法研究了nc-TiN/a-BN纳米复合超硬薄膜的37个理论界面构型的相对稳定性.计算结果表明,在富氮环境下,最稳定界面构型为top-top-BN构型,此时界面处的B原子只与周围N原子成键,为四面体配位.在贫氮环境下,最稳定界面构型为TiB2构型.