新型超硬正交BN同素異形體的第一性原理研究

張 淼

(1.北華大學物理學院，吉林吉林132013;2.吉林大學超硬材料國家重點實驗室，吉林長春130012)

由于氮化硼(BN)具有廣泛的工業應用，例如研磨、切割、研磨等等，因此，長期以來，一直受到人們的廣泛關注.與C元素類似，BN可以形成許多種形式，如六角 BN(h-BN)［1］，閃鋅礦 BN(c-BN)［2］，纖鋅礦 BN(w-BN)［3］，BN 富勒烯［4］，BN納米管［5］，5H-BN［6］，和非晶體 BN［7］.近些年來，人們提出了一系列新型 BN化合物［8-13］，并且對其電子和力學性質做了系統地研究.

盡管人們提出了許多種不同的BN同素異形體，到目前為止，仍然沒有探尋到能夠與金剛石和c-BN相媲美的超硬材料.因此，人們仍然要不斷地探尋具有優良物理和化學特性新型超硬材料，例如:較高壓縮強度、優良的熱學穩定性、折射率和化學穩定性，尤其是要具備較高的硬度.毫無疑問，繼續探索新型超硬材料具有重要的意義.

在本工作中，提出了一種新型的具有較高硬度的O-BN結構.此結構是正交結構，空間群為Pbam，每個單胞里有32個原子(其中16個B原子和16個N原子).其體彈模量達到397.38 GPa，維氏硬度為65.10 GPa，并且具有較高的理想拉伸強度.研究表明，O-BN是一種潛在的超硬材料.

1 計算方法

采用基于密度泛函理論的局域密度近似方法［14-15］，應用 Vienna Ab initio Sim-ulation(VASP)軟件包［16］進行計算.采用電子綴加平面波方法［17］，計算中B原子的價電子選用2s22p1，N原子的價電子選用2s22p3.計算中截斷能選為800 eV，并且經過了測試收斂 (約1 meV/原子).彈性常數由應力-應變方法計算出來的，體彈模量由Voigt-Reuss-Hill演化來的［18］.

2 結果與討論

O-BN結構是用B和N原子直接替代oC32碳［19］結構中的C原子設計得到的.它……