高壓的作用可以使物質(zhì)存在的狀態(tài)變得豐富多樣,從而給材料帶來許多新奇的物理和化學(xué)性質(zhì),這極大地拓寬了材料研究的方向和維度。在壓力作用下,物質(zhì)內(nèi)原子之間會相互靠攏,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相變。因此,物質(zhì)的性質(zhì)會隨著壓力的變化而發(fā)生改變。因此,研究高壓下的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是很有意義的。氮化鈦具有極高的硬度、極高的熔點和優(yōu)異的耐腐蝕性,所以其被廣泛應(yīng)用于切削刀具涂層和耐磨涂層。刀具在切削過程中,瞬間會受到很大的壓力,因此探索高壓下TiN材料可能存在的結(jié)構(gòu)以及其力學(xué)性質(zhì)具有比較好的實際科學(xué)和應(yīng)用意義,需要對其進行更加深入的研究。本文以氮化鈦(TiN)為研究對象,利用晶體結(jié)構(gòu)搜索的方法預(yù)測了其高壓晶體結(jié)構(gòu),對其結(jié)構(gòu)相變、彈性和熱力學(xué)性質(zhì)等做了研究。研究結(jié)果如下:(1)在0-400 GPa的壓力范圍內(nèi),TiN晶體發(fā)生了兩次結(jié)構(gòu)相變,相變次序為B1-P6_3/mmc-B2。其中,空間群B1到P6_3/mmc相的相變壓強為270 GPa,P6_3/mmc到B2相的相變壓強為347 GPa。(2)通過聲子譜的分析,我們發(fā)現(xiàn)理論預(yù)測的TiN晶體在高壓下的結(jié)構(gòu)沒有虛頻,說明動力學(xué)上是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(3)通過彈性常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)的計算,我們發(fā)現(xiàn)B1和P6_3/mmc幾乎是各向同性的,且是脆性材料,而B2相是各向異性的,是韌性材料。B1和P6_3/mmc內(nèi)部的化學(xué)鍵強于B2相,表現(xiàn)為較高的德拜溫度。我們的研究為TiN和此類材料的合成和應(yīng)用提供了比較有價值的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O521
【部分圖文】：

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 11圖 2.1： CALYPSO 結(jié)構(gòu)搜索流程圖（Wang Y, Lv J, Zhu L, et al. [J] Physics, 2010, 82(9):7174-7182.）2.5 VASP 軟件介紹VASP 全稱 Vienna Ab-inito Simulaton Package, 它是基于第一性原理的采用平面波贗勢方法的從頭計算的分子動力學(xué)模擬軟件包，是目前材料科學(xué)計算研究和材料模擬中非常流行的軟件之一。它可以用來處理很多問題，比如，采用周期性邊界條件處理分子、團簇、原子等；計算材料的晶格常數(shù)和電子結(jié)構(gòu)；計算材料

高壓下氮化鈦結(jié)構(gòu)預(yù)測和物性研究的狀態(tài)方程和力學(xué)性質(zhì)；計算材料的光學(xué)性質(zhì)；計算材料的磁學(xué)性質(zhì)；計算材料的晶格動力學(xué)性質(zhì)；計算材料的基態(tài)和激發(fā)態(tài)性質(zhì)；分子從頭動力學(xué)模擬等等。它的計算流程圖如下圖 2.2 所示。

第三章 TiN 高壓理論研究相變，他們認為這一個相變與 Occelli 等人[5]發(fā)現(xiàn)的金屬鋨的相變類似，也就是說在費米面之上或者以下的能帶在加壓的情形下，會穿過費米面，為了探究這種情況，我們分別又計算了 B1 相在 7 GPa 和 10 GPa 的情況，我們發(fā)現(xiàn)在這些不同的壓強下，能帶結(jié)構(gòu)幾乎沒有明顯的變化，即說明能帶并沒有出現(xiàn)新的能帶穿過費米面，也就是在我們的計算中，并沒有觀察到電子結(jié)構(gòu)相變。這說明我們的研究并沒有發(fā)現(xiàn)實驗上發(fā)生的這一現(xiàn)象，進而排除了 TiN 隨壓強變化發(fā)生了電子的拓撲形貌轉(zhuǎn)變的可能。根據(jù)上述論述可以判斷，實驗所觀測到的由壓強導(dǎo)致的等結(jié)構(gòu)相變不是由費米面的拓撲形貌發(fā)生改變所引起的。
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4 蕭世槐;氮化鈦粉末生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用新進展[J];礦冶;1997年02期

5 王福貞,唐希源,周友蘇,趙雙華,魏雪英,朱永林;用多弧離子鍍膜機鍍氮化鈦[J];金屬熱處理;1994年05期

6 李世直;趙程;石玉龍;徐翔;黃午;謝雁;楊洪順;;直流等離子體化學(xué)氣相沉積氮化鈦及其應(yīng)用[J];青島化工學(xué)院學(xué)報;1987年03期

7 M.PODOB;G.T.LEGGE;徐子良;;氮化鈦鍍層、離子濺射鍍法[J];國外金屬熱處理;1987年03期

8 范書翰;;氮化鈦鍍膜刀具[J];機械工人;1987年03期

9 陳繩武;;氮化鈦鍍層技術(shù)的引進及應(yīng)用[J];機械制造;1987年11期

10 張林榮,張福林;N_2/H_2比對化學(xué)氣相沉積氮化鈦涂層的影響[J];北京鋼鐵學(xué)院學(xué)報;1988年03期

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4 佟宇;純鈦鑄件表面氮化處理的實驗研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2009年

5 符韶鵬;1.表面涂層提高左心輔助裝置血液相容性的基礎(chǔ)研究　2.提高女性冠脈旁路移植術(shù)療效的注冊登記研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2009年

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7 趙薇;氮化鈦粉末制備的動力學(xué)和熱力學(xué)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2004年

8 王復(fù)棟;等離子體增強平衡磁控濺射制備氮化鈦涂層的研究[D];遼寧科技大學(xué);2016年

9 聞剛;納米氮化鈦膜的制備及其在全釩液流電池中的應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學(xué);2017年

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本文編號：2864254