法向压力诱导的六方氮化硼摩擦性能及电学性能的研究

摘要

六方氮化硼因其优良的化学稳定性、耐热性、抗氧化性，特别是良好的润滑性和显著的电子特性而受到科研工作者的广泛关注。在本文中，我们用以密度泛函理论为基础的第一性原理的方法对六方氮化硼的摩擦性能和电学性能进行了研究。研究结果表明摩擦系数随正压力的增大呈现先减小后增大的趋势，这与不同压力不同滑动位置处六方氮化硼上下层之间的电子转移有关。这种变化趋势与石墨烯的类似，说明了六方氮化硼与石墨烯电学性能的不同并没有影响其基本摩擦规律。与此同时我们发现，压力可以很好地调控六方氮化硼的带隙：在堆排列模式Ⅰ和Ⅱ下，六方氮化硼的带隙随压力的增大先减小后增大再减小，这与电场调控下带隙单调减小的变化趋势是不同的；而在堆排列模式Ⅲ下，带隙随压力的增大单调减小。由能带结构分析可知，当压缩量达到34.3％（堆排列模式Ⅱ）时，六方氮化硼的能带结构由直接带隙向间接带隙转变，而当压缩量达到28.6%（堆排列模式Ⅰ）和45.7%（堆排列模式Ⅲ）时由绝缘体向半导体过渡，这对于六方氮化硼在发光纳米器件及其他电子器件中的应用有很重要的意义。对以上两部分研究结果进一步分析发现，六方氮化硼在压力诱导下的摩擦学性能和电子特性的变化均是由离子型双层六方氮化硼间的静电相互作用导致的。这些研究结论对从原子尺度理解六方氮化硼在宏观尺度下优异的摩擦学性能提供借鉴，并拓宽其在纳米器件上的应用领域提供理论基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 六方氮化硼的研究背景

1.3 六方氮化硼的研究现状及意义

1.4 本文研究的内容

第二章 密度泛函理论的基础知识及使用软件

2.1量子化学基础理论

2.2 密度泛函理论

2.3 交换关联泛函

2.4 CASTEP基本原理与方法

第三章 压力对六方氮化硼摩擦性能的影响

3.1计算方法及模型

3.2结果与讨论

3.3小结

第四章 压力对六方氮化硼电学性能的影响

4.1计算模型及方法

4.2结果与讨论

4.3小结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

硕士期间论文发表及相关报告

参考文献