【摘要】：高壓物理學(xué)是探究物質(zhì)在高壓下結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)變化的科學(xué),高壓技術(shù)是設(shè)計(jì)合成新型材料的重要手段之一。本文運(yùn)用CALYPSO結(jié)構(gòu)搜索技術(shù)結(jié)合基于密度泛函理論中的第一性原理的平面贗勢(shì)波方法,對(duì)BaN5晶體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),并對(duì)預(yù)測(cè)得出的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在壓強(qiáng)為0-100 GPa的范圍內(nèi),隨著壓強(qiáng)的升高BaN5晶體在壓強(qiáng)34GPa處發(fā)生結(jié)構(gòu)相變,由空間群為P1的α相轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g群Cmm2的β相。在相變過程中,氮原子的成鍵形式發(fā)生了明顯的變化:在α相的晶體結(jié)構(gòu)中兩個(gè)氮原子形成啞鈴狀的氮對(duì)(N2),另外三個(gè)氮原子形成鏈狀的N3;在β相的晶體結(jié)構(gòu)中,氮原子形成含能五環(huán)狀的N5。BaN5晶體相變過程中,結(jié)構(gòu)的體積發(fā)生坍塌,塌縮比為5.61%,由于相變過程中體積不連續(xù)變化,因此該相變屬于一級(jí)相變。對(duì)預(yù)測(cè)得到的BaN5晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算了聲子譜,研究發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)虛頻,說明其結(jié)構(gòu)具有動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。對(duì)預(yù)測(cè)得出的晶體結(jié)構(gòu)電子性質(zhì)的分析表明:在費(fèi)米面處,α相的能帶導(dǎo)帶和價(jià)帶有微弱的重合,采用HSE雜化泛函修正后,其帶隙為0.46eV,表現(xiàn)為窄帶隙半導(dǎo)體;β相的價(jià)帶和導(dǎo)帶在費(fèi)米面處有明顯的交疊,呈現(xiàn)出金屬性。在α相中N-N之間的鍵級(jí)為2和3,而β相中N-N之間的鍵級(jí)為1.284、1.491和1.369,表明β相中的氮氮鍵更容易解離,釋放能量,成為含能材料。硬度計(jì)算表明,α相和β相中的韋氏硬度分別為0.816GPa和3.934GPa,均不適合做硬度材料。
【圖文】：

逑３．２邋ＢａＮ５晶體的結(jié)構(gòu)逡逑在熱力學(xué)溫度為０Ｋ時(shí)，體系的自由能用焓值表示，如圖３．２所示，對(duì)預(yù)測(cè)逡逑產(chǎn)生的ＢａＮ５晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得出焓差值隨壓力變化的曲線圖。從圖中可以逡逑得出體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在的壓力區(qū)間。在０－３４ＧＰａ的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，空間群為逡逑的晶體結(jié)構(gòu)焓值最低，記為《相。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到３４ＧＰａ時(shí)，，空間群為Ｃｍｍ２逡逑的結(jié)構(gòu)焓值低于：Ｆｌ的晶體結(jié)構(gòu)，記為盧相其空間群為Ｃｍｍ２，直到壓強(qiáng)為１００逡逑ＧＰａ時(shí)，該晶體結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定存在。３．２插圖給出了邋ａ相和相在壓強(qiáng)范圍內(nèi)逡逑１．５邋邐邋－逡逑，邐２００逡逑Ｌ0＼邐１：＼逡逑０．５－邋Ｖ邐＞邋ｎｏ逡逑Ａ邋，邐ｌｏｏｔ邋．邋．邐■邋■逡逑Ｉ邋ｏｏ邋二．．邋：邋２0ｆ＾ｍ0０逡逑｜邐卜—…ｈ、逡逑＜邐３４Ｇｐａ逡逑０邋５邋■逡逑－１．０邋－邋—Ａｒ￣邋ａ－ｐｈａｓｅ（／

逑３．２邋ＢａＮ５晶體的結(jié)構(gòu)逡逑在熱力學(xué)溫度為０Ｋ時(shí)，體系的自由能用焓值表示，如圖３．２所示，對(duì)預(yù)測(cè)逡逑產(chǎn)生的ＢａＮ５晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得出焓差值隨壓力變化的曲線圖。從圖中可以逡逑得出體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在的壓力區(qū)間。在０－３４ＧＰａ的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，空間群為逡逑的晶體結(jié)構(gòu)焓值最低，記為《相。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到３４ＧＰａ時(shí)，空間群為Ｃｍｍ２逡逑的結(jié)構(gòu)焓值低于：Ｆｌ的晶體結(jié)構(gòu)，記為盧相其空間群為Ｃｍｍ２，直到壓強(qiáng)為１００逡逑ＧＰａ時(shí)，該晶體結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定存在。３．２插圖給出了邋ａ相和相在壓強(qiáng)范圍內(nèi)逡逑１．５邋邐邋－逡逑，邐２００逡逑Ｌ0＼邐１：＼逡逑０．５－邋Ｖ邐＞邋ｎｏ逡逑Ａ邋，邐ｌｏｏｔ邋．邋．邐■邋■逡逑Ｉ邋ｏｏ邋二．．邋：邋２0ｆ＾ｍ0０逡逑｜邐卜—…ｈ、逡逑＜邐３４Ｇｐａ逡逑０邋５邋■逡逑－１．０邋－邋—Ａｒ￣邋ａ－ｐｈａｓｅ（／
【學(xué)位授予單位】：延邊大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O76;O521

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張德雄;張衍;王偉平;薛金星;;高能量密度材料(HEDM)研究開發(fā)現(xiàn)狀及展望[J];固體火箭技術(shù);2005年04期

本文編號(hào)：2670027