| 1．选题依据： |
| 1.1 课题背景与研究意义 由于超硬过渡金属(TM)轻元素(LE)化合物比传统的超硬材料具有更好的力学性能和更优越的合成条件，因而受到广泛的关注。TM原子提供了较高的电子密度，而LE原子形成了较强的共价网络，提高了其硬度。此外，TM-LE化合物的TM-TM键为晶体，提供了电子传递途径。因此，TM-LE化合物有可能同时达到高硬度和电(热)导率。普遍认为，由于共价键强，高的LE浓度会导致高的硬度。但是，高的LE含量，特别是单位面积内的LE:TM的原子比超高，会抑制TM原子中电子的迁移率，导致电子输运(金属丰度)较差。平衡材料的高硬度和良好的金属丰度是一个巨大的挑战。 在TM-LE化合物中，TM硼化物是研究热点之一。对于硼含量低的TM硼化物，共价键减少，而金属键增加，这与之前认为硼含量越高硬度越高的观点相矛盾。Liang等人利用第一性原理方法在一系列TM单硼化物中发现了反常硬化行为。Liang等人还发现，VB、V5B6、V3B4、V2B3的硬度均大于W0.5到0.5B。从而实现高硬度、高金属度的超硬金属。对于硼含量低的TM硼化物，相似的结构、相近的组成和简并形成能有利于形成多相结构。考虑到多相结构中存在大量的界面，Liang等人认为多相结构可以平衡外部硬度和延性，从而获得超硬金属。 1.2 研究现状 超硬材料以其高效、精密、光滑的加工性能，在工业领域和科学研究中得到了广泛的应用。传统超硬材料，一般指金刚石，具有优异的力学性能，但在成本和合成条件的复杂性方面存在劣势，由于热化学稳定性低，烧结性能低等缺点而失败。在过渡金属和轻元素原子之间形成的具有相对容易合成条件的化合物系列被认为是设计新型超硬材料的良好候选，因为它们结合了高价电子密度和固有的三维强电子键。人们普遍预期，浓度较高的轻元素原子化合物将表现出较高的强度和硬度，近几十年来，这种化合物一直是寻找新的超硬材料的首选目标。然而，钨硼化物的理论应变-应力计算(WBx, x = 2,3，或4)挑战了传统的理论，因为在这些化合物中硬度/强度与轻元素含量之间的正相关的假设失败了。较高的硼含量并不一定导致较高的机械强度/硬度，这是由于硼原子在较大应变和独特的原子变形机制下形成各种键合排列的灵活性。最近的计算显示，两种轻元素含量相对较低的氮化钨，即hP4-WN和hP6-WN2，被预测为本征超硬材料，压痕强度在40 GPa以上，但由于非凡的应变硬化效应，不属于传统的共价轻元素化合物。 探索这些被忽视的过渡金属化合物的结构和物理性质，这些化合物含有低浓度的轻元素原子。一系列半过渡金属硼化物，e2B(e=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Nb,Mo,Ta, w)，长期以来被认为具有I4/mcm对称性(Al2Cu结构)，在近几十年的实验中得到了报道。然而，他们的结构安排，材料性能的彻底探索是关键，是高度有争议的。由于缺乏对这些低光元素含量硼化物的动力学和能量稳定性的系统研究，因此很难全面了解它们的结构和相应的物理性质。本文利用第一原理计算方法，研究硼化物的动力学稳定性。对半过渡金属硼化物的结构、电子和弹性性质进行了系统的研究，为进一步探讨其他过渡金属轻元素化合物的结构争议开辟了一条有希望的途径。 1.3 设计内容 ...... 完整版开题报告点击如下链接下载： |