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高压下钨、铼氮化物和复杂氢化物Li_2BeH_4的理论结构设计

王晖  
【摘要】: 基于高压结构相变为驱动,从理论上设计新型超硬材料和新型储氢材料是科学前沿课题,对后续实验合成具有重要借鉴和指导作用。本文利用最新的晶体结构预测新技术,系统地研究了具有潜在超硬特性的过渡族金属W和Re的氮化物和具有储氢性能的轻金属配位氢化物Li_2BeH_4在高压下的晶体结构,并深入讨论了该晶体结构下材料的力学(如弹性和硬度)和化学键合等性质,得到了以下创新性结果: 1.提出了常压下WN_2的两个能量近似简并的六角备选结构,其空间群分别为P63/mmc和P-6m2,这两个新相的晶格动力学稳定,力学性能优异(理论维氏硬度约为36 GPa),可以在压力高于30 GPa条件下实验合成。 2.系统研究了高压下Re-N化合物的晶体结构,提出低压下具有R-3m结构的ReN和高压下(14.6 GPa)具有C2/m结构的ReN_2最有可能被合成,ReN_2的理论维氏硬度可以达到25 GPa。 3.预言了Li_2BeH_4的高压相具有β-Na_2SO_4结构,相变压力是7.2 GPa,与实验值相吻合。在更高压力下(大于28.8 GPa)Li_2BeH_4相变为La_2NiO_4结构。化学键定量研究表明Li_2BeH_4高压相的合成仍然无法实现降低氢解离温度的目的。


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