發(fā)布時間：2020-07-20 09:59

【摘要】：硼鈦化合物(Ti_2B、TiB和TiB_2)具有高熔點、高硬度、高導熱系數(shù)、低電阻率、低功函數(shù)和優(yōu)良的導電性等優(yōu)點,成為新一代多功能材料的研究熱點。除了這種潛在的應用以外,硼鈦化合物能夠作為集成電路中的互連材料,同時還能夠作為擴散勢壘以阻止元素與襯底之間的互相作用。本論文基于第一性原理對硼鈦化合物的晶體結構、穩(wěn)定性、電學性質(zhì)、光學性質(zhì)、力學性質(zhì)和熱力學性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究:首先,基于第一性原理研究了硼鈦化合物的晶體結構、能帶結構和態(tài)密度。通過廣義梯度近似得到的晶格常數(shù)與實驗值符合較好,保證計算結果的可靠性。能帶結構顯示費米能級處存在許多能級重疊且無明顯帶隙,表明其呈現(xiàn)出金屬特性。通過分析態(tài)密度得知,Ti-3d軌道的自由電子是呈現(xiàn)金屬性的主要原因,而且費米能級附近的贗能隙是硼鈦化合物態(tài)密度圖中的普遍特征。分析贗能隙處的分態(tài)密度,得知Ti-3d和B-2p軌道雜化是產(chǎn)生贗能隙的主要原因。隨著硼組分的增加,價帶頂區(qū)域B-2s和B-2p軌道態(tài)密度曲線分別向高能量和低能量區(qū)域移動,導帶底區(qū)域Ti-3d軌道向低能量區(qū)域移動并成為總態(tài)密度的主要貢獻。其次,通過第一性原理研究了硼鈦化合物的光學性質(zhì)。硼鈦化合物的靜態(tài)介電常數(shù)(0)較大,表明其是潛在的介電材料,在高能量區(qū)域(30eV~40eV),介電常數(shù)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。隨著硼組分的增加,硼鈦化合物光吸收系數(shù)增加并向光子能量較高區(qū)域移動(藍移),表明其是潛在的光電材料。在可見光區(qū)域具有較高的反射系數(shù),表明其是一種很有前途的隔熱涂層材料。在可見光區(qū)域和高能量區(qū)域硼鈦化合物的光電導率較大,是較好的光電導器件材料。最后,通過第一性原理分析了硼鈦化合物的力學性質(zhì)和熱力學性質(zhì)。斜方晶系(FeB型和CrB型)TiB在x、y和z方向上具有較高的剪切模量和較小的彈性各向異性,FeB型TiB在[100]方向上存在強化學鍵,在y軸方向具有最大的各向異性。立方晶系(NaCl型)TiB由于具有較高的原子配位數(shù),導致其硬度最小,而且在x方向具有很高的體積模量。六方晶系TiB_2具有較強彈性各向異性,彈性模量存在較強的方向依賴性。由于Ti-B鍵比B-B鍵共價性弱,可能是TiB_2彈性各向異性的主要原因。斜方晶系TiB呈現(xiàn)脆性,立方晶系TiB呈現(xiàn)延性。TiB_2的剪切模量最高,硬度最大,楊氏模量在各晶向上的差異最大。對于本文中所研究的硼鈦化合物,可以通過降低晶體結構中硼的含量來降低彈性模量。TiB_2的密度較小且彈性模量最大,故具有最大的彈性聲速和德拜溫度。立方晶系TiB彈性常數(shù)最小,橫波聲速、縱波聲速和平均聲速最小,故德拜溫度最小。因此TiB_2導熱率最強,而立方晶系TiB最弱。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

正后的波函數(shù)較為平滑，故所需要的平面波基組較少。由于改造后的波函數(shù)不存在節(jié)點，則不再需要求解近核電子，贗勢波函數(shù)的本征值就為價電子的近似解。圖2.1 原始的波函數(shù)（藍色）與模守恒贗勢下的波函數(shù)（紅色）的比較。

[38]等人提出了 CrB 型晶體結構。圖3.1 硼鈦化合物的晶體結構 (a) Ti2B；(b) NaCl 型 TiB；(c) FeB 型 TiB；(d) CrB 型 TiB；(e) TiB2本文分別對這三種 TiB 進行了計算，圖 3.1（b）、3.1（c）和 3.1（d）分別表示了三種不同結構的TiB。NaCl型TiB晶體是面心立方結構（Face-Centered Cubic，F(xiàn)CC），空間群為 Fm-3m。NaCl 型 TiB 晶胞中包含 4 個原胞，B 原子占據(jù)4a(0，0，0)位置，Ti 原子位于 4b(0.5,0.5,0.5)

[52]。圖3.3 硼鈦化合物的態(tài)密度 (a) Ti2B；(b) NaCl 型 TiB；(c) FeB 型 TiB；(d) CrB 型 TiB；(e) TiB2如圖 3.3（e）中 Ti-s 軌道的 PDOS 所示，Ti-4s 軌道主要位于費米能級之上的區(qū)域，這表明鍵合之后 4s 軌道的價電子失去了。B 的 2s 軌道和 2p 軌道的積分強度之和超過 3，意味著 Ti 原子損失價電子的一部分轉(zhuǎn)移到了 B 原子。損失的價電子的另外一部分作為了 Ti-3d 軌道的增量自由電子態(tài)，如圖 3.3（e）Ti-3d 軌道 PDOS 所示，Ti-3d 的接近自由電子態(tài)是 TiB2金屬性的主要原因。觀察圖 3.3 可知：這五類硼鈦化合物隨著硼組分的增加，價帶區(qū)域 B-2s 軌道的DOS 曲線向高能量區(qū)域移動；而 B-2p 軌道的 DOS 曲線向低能量較區(qū)域移動；導帶區(qū)域 B-2s 軌道和 B-2p 軌道的態(tài)密度值都增大；對于 Ti-3d 軌道，價帶區(qū)域態(tài)密度峰

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 姚強;邢輝;孟麗君;孫堅;;TiB_2和TiB彈性性質(zhì)的理論計算[J];中國有色金屬學報;2007年08期

本文編號：2763290