氮化碳微观结构及团簇沉积的分子动力学模拟

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1、江苏大学硕士学位论文摘要13．C3N4是首先在理论上预测的，结构类似于B．Si3N4，硬度有可能超过金刚石的一种非天然共价化合物。在原子、分子尺度上研究其微观结构变化及团簇沉积CNx薄膜的动力学过程对探讨薄膜生长的物理机制，改进薄膜质量是至关重要的。本论文对晶态、液态和非晶态C3N4的微观结构进行了分子动力学模拟。模拟结果显示：在C3N4晶体中，C和N原子的配位数分别为3．92和3．07，C为四面体配位；液态C3N4中，C和N原子的配位数分别为3．61和2．52，键角和键长的分布范围明显变宽，结构处于无序状态；非晶C3N4的结构中

2、C—N键的键角和键长分布与晶态C3N4基本一致，说明构成非晶C3N4与晶态C3N4的结构基元相同。非晶C3N4中C和N的配位数分别为3．46和2．26，比C3N4晶体下降，表明结构中石墨型构型增加。计算得到13．C3N4的体弹性模量为436．1GPa，与Liu采用可变晶格模型分子动力学ⅣCS．MD)从头计算法计算得到的体弹性模量437GPa基本一致。用分子动力学方法和第一性原理方法模拟了单个C、N原子以及C2、N2、CN团簇在硬质合金表面的沉积过程，为小原子团簇与表面的作用搭建了两种不同的吸附模型，即物理吸附模型和化学吸附模型，基

3、体温度分别取为298K、500K和700K。模拟中，计算了不同基体温度下团簇与表面的相互作用能，并对团簇在衬底表面的吸附结构、吸附能以及成键情况进行了讨论；还研究了原子(团簇)在Si(100)表面和高速钢表面的吸附机理，以探讨不同衬底材料对CN。薄膜生长的影响。模拟结果显示：C、N原子与三种晶面都成化学吸附，但C、N在高速钢表面的吸附最稳定，硬质合金表面对N原子的选择性吸附要明显强于C原子，这对硬质合金表面的氮化和提高薄膜中氮的含量极为有利：WC(100)表面由于C2的吸附具有金属性，CN吸附在WC000)表面上时在W和CN之间存

4、在比较强的离子键。在硬质合金、单晶硅和高速钢表面，模拟出了对生长CNx薄膜有利的衬底温度分别为500K、700K和298K。关键词：C3N4，计算机模拟，分子动力学，团簇，薄膜，态密度江苏大学硕士学位论文ABSTRACT13。phasecarbonnitrideisaartificialcovalencecompound．LiuandCohenindicatedthatitsmicrostructureissimilar、析t1113·phasesiliconnitrideanditshardnessmayexceedindiam

5、ond．Todiscussphysicalmechanismofthinfilmgrowthandimprovethethinfilmquality，itiscrucialtostudythe13-phasecarbonnitride’Smicrostructuresanddynamicsofcarbonnitridethinfilms．DiscovermoddeinMaterialsStudiohasbeenappliedtostudymicrostructuresofcrystal．1iquidandamorphousphas

6、esofcarbonnitride．ThesimulatedresultsindicatethatthecoordinationnumberofCinthestructureofC3N4is3．92andthatofNis3．07．ThecoordinationpolyhedronofCistetrahedron．IntheliquidstateofC3N4，thecoordinationnumberofCandNis3．61and2．52respectively．Thedistributionofbondangleandbond

7、lengthwidensremarkablyandthestructureisdisorderedforliquidC3N4．乃edistributionofbondangleandbondlengthinamorphousphaseC3；N4issimilartothatincrystalC3N4．ItindicatesthatthecoordinationpolyhedronincrystalC3IN4issameasthatinamorphousphaseC3N4．ThecoordinationnumberofCandNin

8、amorphousphaseC3N4is3．46and2．26respectively,whichislessthanthatincrystalstructure．ThedepositioncoursesofC，NatomandC2，N2，CNcl