B13C2和B7C8低压缩性的第一性原理计算研究.PDF

中国科学: 物理学 力学 天文学 2014 年 第44 卷 第2 期: 176– 184 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 论 文 B C 和B C 低压缩性的第一性原理计算研究 13 2 7 8 ①* ① ①② 许红斌 , 邓明森 , 王渊旭 ① 贵州师范学院物理与电子科学学院, 贵州省纳米材料模拟与计算重点实验室, 贵阳 550018; ②河南大学物理与电子学院, 计算材料科学研究所, 开封 475004 *联系人, E-mail: xhb-66@163.com 收稿日期: 2012-11-23; 接受日期: 2013-06-26 贵州师范学院科研基金(编号: 2010YB12)、贵州省重点实验室建设项目(编号: 黔科合计Z 字[2011]4007)、国家自然科学基金(批准号: 和贵州省科学技术基金(编号: 黔科合J 字[2010]2144, [2013]2247)资助项目 摘要 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了 B13C2 (B12CBC) 中B12 二十面体极地位 置的所有B 原子被C 原子取代后材料的性质变化. 通过对比计算研究发现, 取代后每个B6C6 二十面体中 赤道原子同赤道原子间、极地原子同极地原子间的电荷密度减小﹑Mulliken 布局数由正值变为负值, 说 明它们由成键态转变为反键态, 相互作用减弱; 而极地原子同赤道原子间, 以及相邻二十面体极地原子 间的电荷密度相对增加﹑化学键长变短﹑sp 轨道杂化进一步显著, 说明它们的相互作用增强. 结果造成 材料的体弹模量增大、剪切模量减小; 材料由半导体性过渡到金属性; 电荷密度由B12 二十面体相对均匀 分布, 转为向两极集中局域, 而使主要影响材料理论硬度的最弱化学键等的计算硬度减弱、材料的理论 硬度减小. 关键词 第一性原理, 弹性性质, 电子结构 PACS: 71.15.Mb, 62.20.Dc, 71.20.-b doi: 10.1360/132012-953 1 引言 线、中子衍射、核磁共振NMR 和理论计算等[7–22]. 结 果发现, 它们均由B12 二十面体结构单元和 1 个三原 主要由共价键构成的富 B 12 基化合物如-B 12, 子链或双原子链组成. 现在人们熟知的 B13C2 即由 B C , B C, B N , B O 等因其奇特的几何和电子结 13 2 4 13 2 6 B12 二十面体及 C—B—C 三原子链构成. 为方便研究, 构而具有高硬度、低密度、高强度、热稳定性、高热 电导率等优越性能, 常被用作高温超硬材料、热电材 人们将B12 二十面体中上﹑下各3 个共6 个, 且与相 料、核反应堆中子吸收材料等以及其他潜在的技术应 邻二十面体直接连接的B18h1 原子位置称为极地位置; 用, 而备受关注[1–6]. 人们先后制备了单质硼、碳化 另外居中的6 个且与三原子链相连接的 B18h2 原子位 硼、氧化硼、磷化硼、砷化硼等化合物,