vsin納米復合薄膜的結構和性質的第一性原理研究

1、 碩士學位論文 論文題目 論文題目：V-Si-N 納米復合薄膜的結構和性質的第一性原理 研究 英文題目 英文題目：First-principle studies on the structures and properties of V-Si-N nanocomposite films 學 位 類 別： 工程碩士 研究生姓 研究生姓名： 祁 暉 學號 學號：2015022515 學科 學科(領域 領域)名稱 名稱： 機

2、械工程 指導教 指導教師： 譚 心 職稱 職稱： 教授 協(xié)助指導教師： 協(xié)助指導教師： 職稱： 職稱： 2017 年 6 月 01 日 分類號： 分類號： O482 密 級： 級： U D C ： 學校代碼： 學校代碼： 10127 10127 內蒙古科技大學碩士學位論文 I 摘 要 過渡金屬氮化物具有高硬度、高強度和良好的耐磨性、耐腐蝕性等一系列優(yōu)異的

3、性能，是一種理想的材料保護涂層材料。隨著科技的進步，對涂層材料性能的要求越來越高。 大量的研究已經表明， 在過渡金屬氮化物中添加第三種元素是提高材料綜合性能的一種行之有效的方法。 本文研究對象為 VB 族中具有代表性的 VN， 并在其中摻雜Si 元素形成的 V-Si-N 納米復合薄膜。本文利用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理方法研究了 V-Si-N 納米復合薄膜的界面結構形式， 并對薄膜壓力下的相變情況和外壓下的性質進行了研究。

4、對三種置換型 V-Si-N 納米復合薄膜（WC 結構，NaCl 結構，CsCl 結構）界面的結構形式進行了研究。首先優(yōu)化了薄膜的晶粒間距 D，然后計算了 Si 原子在界面處的偏移情況。 結果表明 NaCl 結構的薄膜界面處的結構形式為： Si 原子置換 V 原子且沿著[110]方向偏移 12%。對 WC 結構和 CsCl 結構的薄膜研究可知，最穩(wěn)定的界面構型為 Si 原子準確占據(jù) V 原子的格點位置的結構。 本文研究了三種結構薄膜的結構

5、穩(wěn)定性。通過計算體系總能和結合能可知，常壓下， 三種結構薄膜的穩(wěn)定性依次為： WC 結構>NaCl 結構>CsCl 結構。 通過薄膜聲子譜的計算可知，零壓下 WC 結構的薄膜是最穩(wěn)定的，NaCl 結構和 CsCl 結構的薄膜都不是晶格動力學穩(wěn)定的。 采用能量-體積關系和焓-壓力的關系對薄膜的相變情況進行了研究， 結果表明。WC 結構的 V-Si-N 復合薄膜會在 42.9GPa 到 45GPa 之間向 NaCl 轉變，NaC

6、l結構的薄膜在 222.5GPa 到 265GPa 之間會向 CsCl 結構轉變。 本文對不同壓力下三種結構薄膜的力學性質、 熱力學性質進行了研究。 研究了NaCl結構和 CsCl 結構的薄膜的各彈性常數(shù)和模量隨著壓力的變化情況， 然后分析探討了彈性各向異性和塑脆性等性質。薄膜的熱學性質的研究結果表明，三種結構的薄膜的熱容 CV均符合標準彈性理論中的低溫熱容和高溫熱容的經典關系，從總體變化趨勢看，熱容 CV隨著壓力的增大而減小，并且在高