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《大连理工大学》 2006年
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新金刚石晶体结构及电子结构的第一性原理研究

魏娜然  
【摘要】:新金刚石在许多实验过程中都曾获得过,但是由于许多制备方法所获得的新金刚石样品的产量都比较少,且新金刚石的颗粒尺寸也都很小(小于100nm),从而制约了对新金刚石的研究,只能采用电子衍射和第一性原理计算的方法对新金刚石结构进行研究。虽然采用强磁场碳黑催化法能够制备出大量的新金刚石粉末,为其性能的研究和应用的研究奠定了基础。但是国内外对新金刚石性能的研究还处于起步阶段,至于其结构更是未解之谜。 本文以碳黑为碳源,纳米铁为催化剂,在1100℃下,利用强磁场碳黑催化法制备出新金刚石粉末,对不同时效处理后的粉末样品进行X射线衍射(XRD)表征。结果表明,新金刚石是一种亚稳态的结构,随放置时间的推移其晶体结构发生变化。并依据不同时效处理后的XRD分析结果和电子衍射图谱,我们提出了具有分数占位比的“缺陷金刚石”模型,它能够合理解释新金刚石结构随时间的变化而发生改变的规律。在该晶体结构模型中,原子的占位数x为0时,为面心立方结构(Fcc),x为1时,为金刚石结构。密度泛函理论计算的晶体结合能表明,随原子占位数x的增加,其结构的稳定性在增加。因此,新金刚石是一种由Fcc结构向金刚石结构过渡的中间态结构。采用基于密度泛函理论的第一性原理,对新金刚石、金刚石和石墨的电子结构进行了对比研究,结果表明,新金刚石是一种具有良好导电性的金属性的碳。
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