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超硬材料BC2N的一种新亚稳结构及其高压物性预测
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作者 李伟源 孙小伟 +3 位作者 宋婷 田俊红 万桂新 刘子江 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2019年第7期107-120,共14页
硼(B)、碳(C)、氮(N)轻元素因具有较小的原子半径和极强的相互键合能力,其形成的化合物极易形成强共价键和高原子密度的三维网状致密结构,从而成为寻找制备超硬材料的备选体系.本文基于最新研究的机械性能优异的体心四方碳结构模型,构... 硼(B)、碳(C)、氮(N)轻元素因具有较小的原子半径和极强的相互键合能力,其形成的化合物极易形成强共价键和高原子密度的三维网状致密结构,从而成为寻找制备超硬材料的备选体系.本文基于最新研究的机械性能优异的体心四方碳结构模型,构造了一种具有四方对称结构、空间群为I4/mmm的BC2N潜在超硬化合物新结构.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了该化合物四方相新结构的热力学、力学和动力学稳定性,表明该四方相BC2N至少在0–60 GPa的压力范围内是力学和动力学稳定的;热力学计算结果显示该结构结合能稍高于BC2N化合物中最稳定的纤锌矿结构,表明新构造的四方结构是BC2N化合物的一个亚稳结构,且其不可压缩性大于其他的硼-碳-氮类化合物如B2CN, BC4N等.在结构稳定性研究的基础上,本文计算了该四方相BC2N化合物在0–60 GPa压力范围内的电子结构,发现其在零压下具有2.16 eV的带宽,为半导体,且随着压力的增加,带隙逐渐加宽;高压弹性特性研究表明BC2N化合物四方结构的体弹性模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、德拜温度、最小热导率和弹性波速均随压力增加呈现出不同的增加趋势且属脆性体质,其弹性各向异性在高压下变得更加明显;同时,大的体弹性模量、大的剪切模量及高维氏硬度表明所构造的空间群为I4/mmm的四方结构是BC2N化合物的一种潜在超硬新结构. 展开更多
关键词 bc2n 亚稳结构 各向异性 弹性常数 高压
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超硬B-C-N化合物晶体和电子结构的第一性原理研究 被引量:5
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作者 张旭昀 张正江 +2 位作者 孙丽丽 王勇 刘勇 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1181-1186,共6页
基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的从头计算平面波超软赝势方法,从超硬材料BeCN2的结构(I-42d)出发,设计了B-C-N三元化合物,计算了弹性常数、声子谱、态密度、理论维氏硬度和高压下的物性变化。结果表明:四... 基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的从头计算平面波超软赝势方法,从超硬材料BeCN2的结构(I-42d)出发,设计了B-C-N三元化合物,计算了弹性常数、声子谱、态密度、理论维氏硬度和高压下的物性变化。结果表明:四方结构B-C-N三元化合物有B2CN、BC2N和BCN2三种不同晶胞,其中BC2N力学稳定性和动力学稳定性较好。BC2N体积模量高达338 GPa,晶体结构中存在金属键,具有很强的共价键。BC2N的维氏硬度为49.0 GPa,属于超硬材料。压缩率低于超硬材料cg-CN,杨氏模量、体积模量、剪切模量和泊松系数均随外压的增大而增大,反映出结构的刚性、抗横向、切向及纵向形变能力增强。 展开更多
关键词 超硬材料 三元化合物 维氏硬度 bc2n
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氧掺杂(9,0)型BC_2N纳米管的电子结构与性质
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作者 孙苗 薛子成 +3 位作者 吴宫莲 张辉 张桂玲 刘波 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期149-153,共5页
基于密度泛函理论的第一性原理方法,对单个氧原子(O)化学置换掺杂在锯齿形(zigzag)(9,0)BC2N NTs进行了研究。结果显示O掺杂在B位(OB)和第二个C位(OCII)时,结构发生很明显的形变;而在ON和OCI掺杂BC2N纳米管的情况下,产生的形变几乎可以... 基于密度泛函理论的第一性原理方法,对单个氧原子(O)化学置换掺杂在锯齿形(zigzag)(9,0)BC2N NTs进行了研究。结果显示O掺杂在B位(OB)和第二个C位(OCII)时,结构发生很明显的形变;而在ON和OCI掺杂BC2N纳米管的情况下,产生的形变几乎可以忽略。形成能的研究结果表明,ON掺杂的体系在B-rich的条件下是最为稳定的。OB掺杂(9,0)BC2N NTs的电子能带结构表明其显示受体的性质,而ON掺杂(9,0)BC2NNTs的导带位于Fermi能级处显示金属的性质。对于OC掺杂(9,0)BC2N NTs的情况,OCI和OCII掺杂(9,0)BC2NNTs分别为间接带隙半导体和直接带隙半导体。 展开更多
关键词 bc2n纳米管 O掺杂 密度泛函理论 结构和电子性质
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用第一性原理计算六角BC_2N的光学性质(英文)
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作者 林琳 李继军 +1 位作者 迎春 杜云刚 《兰州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第F06期52-54,共3页
基于采用密度泛函理论详细计算了六角化合物BC_2N的光学性质,包括介电函数、折射指数、吸收、能量损失谱、反射,计算结果表明:六角化合物BC_2N的光学性质与c-BN的光学性质相似.
关键词 密度泛函理论 bc2n 广义梯度近似
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Chemical Synthesis and Characterization of Flaky h-BCN at High Pressure and High Temperature 被引量:2
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作者 杨大鹏 李英爱 +5 位作者 杨旭昕 杜勇慧 吉晓瑞 宫希亮 苏作鹏 张铁臣 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2007年第4期1088-1091,共4页
Hexagonal boron carbonitrogen (h-BCN) compound is synthesized from a mixture of boron powder and CNH compound prepared by pyrolysis of melamine (CaH6N6) under high temperature (1400-1500℃) and high pressure (5... Hexagonal boron carbonitrogen (h-BCN) compound is synthesized from a mixture of boron powder and CNH compound prepared by pyrolysis of melamine (CaH6N6) under high temperature (1400-1500℃) and high pressure (5.0-5.5 GPa). X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and Raman spec- troscopy are used to determine the chemical composition and bonds of the product. The results show that the product has composition of B0.18C0.64N0.16 (near BC4N) and atomic-level hybrid. X-ray diffraction analysis indicates that the powder has a hexagonal network structure. Scanning and transmission electron microscopy results suggest that h-BCN compound morphology is mainly flaky in width about 1 μm and thickness 200nm. 展开更多
关键词 CARBON NITRIDE FILMS THIN-FILMS B-N BORON bc2n DEPOSITION STATE
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New BCN Fibres for Strong Ultraviolet and Visible Light Luminescence 被引量:1
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作者 杨建 丘泰 沈春英 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2006年第9期2573-2575,共3页
Novel B3CN3 fibres with a special structure have been synthesized by a pyrolysis process. High-resolution TEM analysis shows that the as-prepared B3CN3 fibres can be described as a nanofibre-interweaved network. Stron... Novel B3CN3 fibres with a special structure have been synthesized by a pyrolysis process. High-resolution TEM analysis shows that the as-prepared B3CN3 fibres can be described as a nanofibre-interweaved network. Strong photoluminescence at 370 nm and 700 nm from the as-prepared B3 CN3 fibres are observed at room temperature, which suggests that B3 CN3 is a promising ultraviolet- and visible-light-emitting material. 展开更多
关键词 THIN-FILMS CARBON PHOTOLUMINESCENCE DEPOSITION bc2n
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Synthesis of Boron-Rich Cubic B(CxN1-x) Compounds
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作者 郭俐聪 胡文涛 +4 位作者 何巨龙 于栋利 刘世民 李东春 田永君 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2005年第12期3141-3143,共3页
B2CN precursor is prepared by a mechanical vibration-milling process using amorphous boron, graphite and h-BN powders with mole ratio of 1:1:1. A mixture of precursor and Ca3B2N4 catalyst is treated under high press... B2CN precursor is prepared by a mechanical vibration-milling process using amorphous boron, graphite and h-BN powders with mole ratio of 1:1:1. A mixture of precursor and Ca3B2N4 catalyst is treated under high pressure and high temperature. A boron rich cubic B(CxN1-x) phase is obtained after removing the catalyst by acid treatment. The average C content of the boron-rich cubic phase is about 6 at.% detected by energy-dispersive x-ray analysis spectroscopy. It is found that the highest carbon content in the cubic phase is as large as 16 at.%. 展开更多
关键词 CHEMICAL-VAPOR-DEPOSITION PHASE-STABILITY DIAMOND bc2n NITRIDE 1ST-PRINCIPLES CRYSTALS FILMS
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Superhard BC_2N:an Orthogonal Crystal Obtained by Transversely Compressing(3,0)-CNTs and(3,0)-BNNTs
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作者 胡玉洁 徐胜亮 +3 位作者 王昊 刘恒 徐雪春 蔡影祥 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2016年第10期94-98,共5页
By means of density functional theory calculations, an orthogonal boron-carbon-nitrogen compound called (3,0)- BC2N is predicted, which can be obtained by transversely compressing (3,03 carbon nanotubes (CNTs) an... By means of density functional theory calculations, an orthogonal boron-carbon-nitrogen compound called (3,0)- BC2N is predicted, which can be obtained by transversely compressing (3,03 carbon nanotubes (CNTs) and boron nitride nanotubes (BNNTs). Its structural stability, elastic properties, mechanical properties and electronic structure are systematically investigated. The results show that (3,0)-BU2N is a superhard material with a direct bandgap. However, its similar structures, (3,0)-C and (3,0)-BN are indirect semiconductors. Strikingly, (3,0)-C is harder than diamond. We also simulate the x-ray diffraction of (3,0)-BC2N to support future experimental investigations. In addition, our study shows that the transition from (3,03 CNTS and BNNTs to (3,0)-BC2N is irreversible. 展开更多
关键词 CNTs and is of BC BNNTs Superhard bc2n:an Orthogonal Crystal Obtained by Transversely Compressing by
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二维BC_2N薄片的结构稳定性和电子性质
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作者 高潭华 吴顺情 +1 位作者 胡春华 朱梓忠 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期524-531,共8页
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对二维BC2N薄片的结构稳定性和电子性质进行了系统的研究.计算了BC2N化合物16种可能的二维单层结构.对它们的能带结构分析发现,对称性最高的构型与石墨烯一样是一种半金属,而其他二维结构则为有... 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对二维BC2N薄片的结构稳定性和电子性质进行了系统的研究.计算了BC2N化合物16种可能的二维单层结构.对它们的能带结构分析发现,对称性最高的构型与石墨烯一样是一种半金属,而其他二维结构则为有不同带隙的半导体,其中最稳定的构型是带隙值为1.63eV的直接带隙半导体.对最稳定构型的差分电荷密度分析和Bader分析发现:在最稳定的构型中,C—C键、C—N键、C—B键和B—N键主要以共价键的形式呈现,也具有比较明显的离子性.在应力作用下最稳定构型的单层BC2N的带隙宽度会发生变化,压缩时带隙变宽,而拉伸时带隙变窄,但仍然为直接带隙半导体. 展开更多
关键词 bc2n 单层原子薄片 电子结构 从头计算
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BC_2N薄膜的柱状生长及生长机理
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作者 马锡英 贺德衍 陈光华 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第10期2023-2027,共5页
应用热丝辅助等离子体化学气相沉积法 (CVD)合成了表面呈柱状的BC2 N薄膜 ,X射线、红外及X射线电子能谱分析表明 ,薄膜的化学组分主要为BC2 N ,B ,C和N原子间互相结合成键 .扫描电镜观察到 ,薄膜表面形貌呈排列整齐、取向一致的柱体 ,... 应用热丝辅助等离子体化学气相沉积法 (CVD)合成了表面呈柱状的BC2 N薄膜 ,X射线、红外及X射线电子能谱分析表明 ,薄膜的化学组分主要为BC2 N ,B ,C和N原子间互相结合成键 .扫描电镜观察到 ,薄膜表面形貌呈排列整齐、取向一致的柱体 ,并且发现这种生长方式与沉积参数密切相关 .最后从结合能方面讨论了柱状BC2 N的生长机理 . 展开更多
关键词 生长机理 bc2n薄膜 柱状生长 CVD法 热丝辅助等离子体化学气相沉积法 硼碳氮化合物
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BC_2N纳米管的电子态和电学性质 被引量:2
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作者 严明 黄春晖 《福州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期580-583,共4页
采用ROHF对BC2N纳米管进行构型全优化,并用密度泛函理论的DFT/ROB3LYP方法计算了BC2N纳米管的电子态分布.根据其分子轨道能量数据、电子态分布曲线和成键电子云密度分布图形,研究讨论了掺入硼氮对碳纳米管导电性的影响,并与碳纳米管和... 采用ROHF对BC2N纳米管进行构型全优化,并用密度泛函理论的DFT/ROB3LYP方法计算了BC2N纳米管的电子态分布.根据其分子轨道能量数据、电子态分布曲线和成键电子云密度分布图形,研究讨论了掺入硼氮对碳纳米管导电性的影响,并与碳纳米管和硼氮纳米管作了比较. 展开更多
关键词 bc2n 纳米管 电子态 态密度 电子云密度
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Enhanced thermal shock and oxidation resistance of Si_2BC_3N ceramics through MWCNTs incorporation 被引量:4
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作者 Ning LIAO Dechang JIA +2 位作者 Zhihua YANG Yu ZHOU Yawei LI 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE CSCD 2018年第3期276-288,共13页
Multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs)reinforced Si_2BC_3N ceramics were prepared through mechanical alloying(MA)and following spark plasma sintering(SPS).The thermal shock resistance of Si_2BC_3N ceramics was evaluate... Multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs)reinforced Si_2BC_3N ceramics were prepared through mechanical alloying(MA)and following spark plasma sintering(SPS).The thermal shock resistance of Si_2BC_3N ceramics was evaluated comparatively through ice water quenching test and theoretical prediction.Furthermore,the oxidation resistance of MWCNTs incorporated Si_2BC_3N ceramics was evaluated under high temperature.The results show that the calculated parameters such as the critical thermal shock temperature(R)and the thermal stresses resistance(R_(st)),as well as the toughness(R"")are improved with addition of 1 vol%MWCNTs.In addition,the crack propagation resistance of 1 vol%MWCNTs incorporated Si_2BC_3N ceramics is obviously improved through generating more tortuous crack propagation paths attributing to the"crack bridging","pull-out",and"crack deflection"mechanisms of MWCNTs.Therefore,the residual strengths of 1 vol%MWCNTs containing specimens remained the highest after the thermal shock tests.Besides,the present work also reveals that the oxidation resistance is more sensitive to relative density than MWCNTs addition. 展开更多
关键词 Si2BC3N CERAMICS MWCNTS THERMAL shock RESISTANCE OXIDATION RESISTANCE
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Enhanced mechanical properties and thermal shock resistance of Si_2BC_3N ceramics with SiC coated MWCNTs 被引量:3
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作者 Ning LIAO Dechang JIA +1 位作者 Zhihua YANG Yu ZHOU 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE CSCD 2019年第1期121-132,共12页
Bulk Si_2 BC_3 N ceramics were reinforced with SiC coated multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs). The phase compositions, mechanical properties, and thermal shock resistance, as well as the oxidation resistance of the ... Bulk Si_2 BC_3 N ceramics were reinforced with SiC coated multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs). The phase compositions, mechanical properties, and thermal shock resistance, as well as the oxidation resistance of the designed Si_2 BC_3 N ceramics were comparatively investigated. The results show that nano SiC coating can be formed on MWCNTs through pyrolyzing polysilazane, which improves the oxidation resistance of MWCNTs. A stronger chemical bonding is formed between the SiC coated MWCNTs and SiC particles, contributing to improved flexural strength(532.1 MPa) and fracture toughness(6.66 MPa m1/2). Besides, the 2 vol% SiC coated MWCNTs reinforced Si_2 BC_3 N ceramics maintains much higher residual strength(193.0 MPa) after thermal shock test at 1000 ℃.The enhanced properties should be attributed to:(1) the breaking of MWCNTs and the debonding between MWCNTs and SiC interfaces, which leads to more energy dissipation;(2) the rough surfaces of SiC coated MWCNTs increase the adhesion strength during the "pull out" of MWCNTs. 展开更多
关键词 Si2BC3N CERAMICS SIC COATED MWCNTS mechanical properties thermal shock RESISTANCE
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