【摘 要】
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碳是广泛存在自然界中的一种元素,其同素异形体在材料体系中具有着举足轻重的地位。碳同素异形体以不同形式、不同维度广泛的存在于自然界中。碳同素异形体结构形式多样,在实际应用中用途也不尽相同,却各具优势,使得人们对性能更加优异的碳同素异形体充满期许。现今在碳材料方向的电子结构和力学方面等性质已经取得许多骄人的成绩,但对新型碳材料的探索和不断寻找性能更加优异的材料仍在继续。本论文运用理论计算的基本理论和方
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碳是广泛存在自然界中的一种元素,其同素异形体在材料体系中具有着举足轻重的地位。碳同素异形体以不同形式、不同维度广泛的存在于自然界中。碳同素异形体结构形式多样,在实际应用中用途也不尽相同,却各具优势,使得人们对性能更加优异的碳同素异形体充满期许。现今在碳材料方向的电子结构和力学方面等性质已经取得许多骄人的成绩,但对新型碳材料的探索和不断寻找性能更加优异的材料仍在继续。本论文运用理论计算的基本理论和方法,设计了TR-C3碳、MN碳和SW碳三种新型碳同素异形体,并计算了这三种碳同素异形体的晶体结构、电子结构和力学等方面的性质。三种碳同素异形体表现不同的电学特性与力学特性,其中SW碳表现为半导体性质,禁带宽度为1.930eV,其变体表现金属性。在[100]晶向上,具有优异的强度特性,约82.4GPa左右,硬度更是达到了89GPa左右。第二种碳同素异形体命名为MN碳,表现出半导体性质,禁带宽度为1.875eV,硬度达到85.4GPa,并且沿着[001]晶向上的拉伸强度为76GPa,具有良好的力学性质。第三种TR-C3碳为非金属性碳同素异形体,禁带宽度为2.575eV,硬度值达到55.1GPa,[001]晶向抗拉强度为70.3GPa,综合分析,可以判断TR-C3碳性能优异。本论文对TR-C3碳、MN碳和SW碳三种新型碳同素异形体进行设计,综合利用其电学、力学性质的第一性原理研究工作将对潜在功能的碳晶体结构的设计提供理论基础,为获得实验上的测试和制备新型功能碳晶体材料提供理上的依据和参考。
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