理论研究菱形结构ZnXO_3(X=Ge,Sn和Pb)的力学性质

采用第一性原理的方法计算了菱形结构ZnXO_3(X=Ge,Sn和Pb)的弹性系数,进一步研究了材料的力学性质,包括计算其力学稳定性,体模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比v和硬度等的力学参数。计算结果显示,菱形结构Zn XO3(X=Ge,Sn和Pb)均满足力学稳定条件;ZnGeO_3的抗形变能力最强,硬度和刚度最大,但延展性较差;ZnPbO_3的抗形变能力最弱,硬度和刚度最小,但具有较好的延展性。另外,计算了材料的力学各向异性系数,结果表明ZnPbO_3的力学各向异性效果较为明显。Bader电荷计算结果表明Ge-O,Sn-O和Pb-O主要形成离子键和部分共价键,同时Ge-O键的离子键和共价键的比例介于Sn-O键和Pb-O键之间,与元素的电负性关系吻合。Ge-O,Sn-O和Pb-O键长依次变大,相互作用逐渐减弱,力学性能相应地降低。本文的研究结果可以对菱形结构Zn XO3在相关力学方面的应用提供重要的参考依据。