BC2N材料的电子能量损失谱精细结构计算

摘要

近几年来，由轻元素硼、碳、氮构成的三元化合物引起了国际学术界的高度重视。新一代超硬材料BC2N兼具金刚石的硬度和立方BN的热稳定性和化学稳定性。六方层状石墨相BC2N材料是合成超硬BC2N的主要初始材料，具有与石墨和六方BN相似的晶体结构。层状硼-碳-氮系统带隙范围在半金属到6.0eV绝缘体之间随组分和结构可调。考虑到其可能在光电发光材料、轻质导电体、光电转换、热电转换方面的潜在应用前景，对BC2N材料的合成和理论研究已有很多。但是由于该材料可能的结构很多，对于合成产物的结构依然不能准确表征。
　　第一性原理计算越来越多的被应用在材料性质的研究中。电子能量损失谱计算可以预测实验谱线，从理论层面给出材料的结构与谱线的一一对应关系，从结构和电子结构角度解释实验谱线特征，丰富了研究手段。
　　论文主要基于密度泛函理论框架下的赝势平面波方法，通过构造激发态赝势和超晶胞近似，模拟了内壳层激发的空穴效应，计算电子能量损失谱线精细结构。文章首先对层状石墨相和金刚石结构的碳和氮化硼进行计算，通过选取合适的超晶胞、平面波截断能以及k空间撒点，将计算得到的谱线和已有的实验谱线作比较，验证了计算方法的可行性。第二部分，我们主要计算了三种层状石墨相结构和四种超硬结构的BC2N材料的内壳层激发态谱线，并详细的讨论了谱线和化学环境之间的关系。将计算得到的理论谱线和(S)TEM中实验测量得到的电子能量损失谱线相结合，可以用来作为指纹识别材料的结构。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 BC2N材料综述

1．1．1 B-C-N材料的提出及应用前景

1．1．2 B-C-N材料的实验合成

1．2 电子能量损失谱的原理及其应用

1．3 课题研究的意义和目的

1．3．1 课题的意义

1．3．2 论文的主要内容

第二章 理论方法及计算软件的介绍

2．1 密度泛函理论框架下的第一性原理计算

2．1．1 密度泛函理论

2．1．2 平面波基矢

2．1．3 赝势

2．2 几何优化

2．3 空穴效应

2．3．1 激发态赝势

2．3．2 超晶胞近似

2．4 计算软件的介绍和计算的模型

2．5 不同结构下C和BN的电子能量损失谱模拟

2．5．1 金刚石和石墨的模拟

2．5．2 层状和立方结构的BN的模拟

第三章 层状BC2N的电子能量损失谱

3．1 层状BC2N的概述

3．2 三种层状石墨相BC2N结构及石墨烯

3．3 计算参数设置

3．4 结果讨论

3．5 小结

第四章 超硬BC2N的电子能量损失谱

4．1 超硬BC2N材料的概述

4．2 四种超硬BC2N结构

4．3 计算参数设置

4．4 结果讨论

4．5 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

作者在研究生期间发表的论文

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