[发明专利]一种BN材料研究方法

说明书

本发明的目的在于提供一种BN材料研究方法，BN材料Hex‑(BN)₁₂，采用基于密度泛函理论的castep程序包，采用基于PBE广义梯度近似交换关联泛函，采用BFGS最小化方案优化原子坐标和晶格常数，为了确认动力学的稳定性，用castep程序包的线性和非线性响应的方法计算了声子的能带结构，由于传统的GGA方法常常低估带隙，又采用了castep里更精确的HSE06交换泛函，弹性常数的计算采用了胡克定律σ_i＝C_ijε_j，杨氏模量和剪切模量用Voigt–Reuss–Hill方法，硬度分别采用Chen’s和Gao’s硬度计算模型。

技术领域

本发明属于材料学技术领域，涉及一种BN材料研究方法。

背景技术

基于一种新的BN材料Hex-(BN)₁₂，具有相同数量的sp²和sp³的杂化原子，研究sp²和sp³杂化键对结构、力学和电子性能的影响；

发明内容

本发明的目的在于提供一种BN材料研究方法，本发明所采用的技术方案是BN材料Hex-(BN)₁₂，采用基于密度泛函理论的castep程序包，采用基于PBE广义梯度近似交换关联泛函，采用BFGS最小化方案优化原子坐标和晶格常数，结构优化的精度分别设置总能、最大离子位移、最大力和最大的离子赫尔曼-费曼力为5×10^-6eV atom^-1,0.02GPa和为了确认动力学的稳定性，用castep程序包的线性和非线性相应的方法计算了声子的能带结构，由于传统的GGA方法常常低估带隙，又采用castep里更精确的HSE06交换泛函。弹性常数的计算采用了胡克定律σ_i＝C_ijε_j，杨氏模量和剪切模量用Voigt–Reuss–Hill方法，硬度分别采用Chen’s和Gao’s硬度计算模型。

进一步，以平衡态结构为基础，将一列逐渐增加的力施加到BN材料上，来分析结构对力的响应，在每一步的设置中，所期望的目标应力分量被设定为一定值，而其它组分保持为零，同时放开晶格基矢和原子位置来优化获得最终的结构和相应的应力，通过这种方法，获得了结构坍塌时的理想强度。为了获得该BN相的相对稳定性，计算了内聚能，并与几个已知的BN相进行了比较。内聚能由方程式：Ecoh＝(nE_B+nE_N-E_(BN)n)/n获得，其中E_B，E_N和E_(BN)n分别是单个B原子、N原子和(BN)n分子的总能量，这里的n等于12。

进一步，BN材料Hex-(BN)₁₂具有不同的键长和键角，原因是其一B和N原子中不同的杂化轨道对键结构有重要影响，其二，B-N键虽然在本质上是共价的，但它们具有离子特性。不同的键长和键角是该结构的能量稳定性低于c-BN和w-BN的重要原因之一。

进一步，BN材料Hex-(BN)₁₂结构的硬度估计介于33-40GPa之间，在外力下，该结构键断裂的顺序是sp³-sp³,sp²-sp³,和sp²-sp²，GGA和HES06的计算结果表明，该结构是具有3.21/4.42eV间接带隙的半导体，费米面附近的电子态主要来自sp²杂化的原子。通过研究Hex-(BN)₁₂和常见的几种BN结构，发现sp³杂化的B和N原子对强力学性能的贡献较大，而sp²杂化的原子对延展性甚至导电性的贡献较大。该BN结构可以通过高压压缩BN炔，BN的纳米片、纳米管和纳米线的方法获得。

附图说明