高压碳氮化合物的新型超硬结构
材料科学
2022-12-09 v3
摘要
通过机器学习力场加速结构搜索结合第一性原理计算，我们研究了不同化学计量比的新型碳氮化合物结构，发现了十二种新型超硬碳氮化合物，这些结构的能量与c-C3N4相近，有可能通过高压实验合成；Pa-3(C4N)、P3(C4N)和C2/m(C2N)的X射线衍射与先前的实验数据一致，可作为结构候选。根据宏观硬度模型，它们均为超硬结构，维氏硬度超过40GPa，其中Pa-3(C4N)的硬度高达82.2GPa，且Pa-3(C4N)兼具高抗拉与抗剪能力。对比宏观硬度模型与键抗力模型计算的硬度，我们得到了两种模型下碳氮化合物硬度与化学浓度的关系，此外还计算了这些结构的断裂韧性。根据Niu模型，P2_1/c(C4N)具有最佳断裂韧性，计算值高于WC，这也表明新型碳氮化合物优异的力学性能。此外，富氮结构有潜力用作高能量密度材料，Pa-3(CN3)、P-3c1(CN4)和I-42d(CN4)的能量密度分别为7.076kJ/g、7.742kJ/g和8.045kJ/g，接近或高于CL-20，因此高压合成的碳氮化合物作为理想超硬材料与高能量密度材料(HEDMs)具有巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2212.03009,
title = {Novel superhard structures of high-pressure C-N compounds},
author = {Yunlong Wang and Chi Ding and Jianan Yuan and Jian Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.03009},
year = {2022}
}
备注
The reason is that some data and language expressions in the article need further polishing, and the content has changed a lot