V-Si-N納米復合薄膜的結構和性質的第一性原理研究_4755.pdf

1、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(jīng)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

2、壓力下的相變情況和外壓下的性質進行了研究。
　　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

3、種結構薄膜的結構穩(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，NaCl結構的薄膜在222.5GPa到265G

4、Pa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(jīng)典關系，從總體變化趨勢看，熱容CV隨著壓力的增大而減小，并且在高溫條件下這種減小的趨勢顯著減緩。壓力的增大會引起的無序混