超高压下BCxN三元化合物的制备和相变机制研究

以石墨和六方氮化硼为原料，采用机械合金化法和磁控溅射法制备非晶BCxN(x=2,4,6)粉末；以非晶BCxN粉末为前驱物，采用高温高压法制备六方BCxN晶态化合物；再以六方BCxN晶态化合物为前驱物，力图在超高压下合成BCxN高密度相(立方相、纤锌矿相等)；建立BCxN化合物的压力-温度相图；表征BCxN化合物的晶体结构，测定BCxN的电学、力学、光学和热学等物理性质；采用第一性原理计算BCxN各种晶体相的物理性质，研究不同晶体结构之间的相对稳定性，揭示静水压下BCxN各种晶体相的相变规律。本项目的完成，可以在实验上和理论上加深对三元BCxN化合物的了解，为其在超硬材料、发光材料、半导体器件、光能转换材料等方面的应用提供支撑。

以石墨和六方氮化硼为原料，采用机械球磨的方法制备了非晶BCxN前驱物，在高温高压下制备了部分六方相产物，相关高密度相产物的实验合成工作正在进行中。在理论上，研究了sp2和sp3混合杂化的B-C-N化合物；预测了新型B2C2N2化合物的晶体结构并计算了它的物理性质，其相变压力为14 GPa或者2000 oC，可以采用高温高压方法合成；研究了金刚石在单轴压缩应力下作用下的变形过程，得出其在100,110和111方向上的理想压缩强度分别为-223， -469和-470 GPa，其弹性形变的最优方向为110方向(17%)；预测了一系列二维碳新结构，提出了具有平行的zigzag和armchair碳链pza-C10的晶体结构；在此基础上提出了二维超晶格的概念，并采用二维超晶格思想在二维碳中完美实现了二维碳超晶格材料，可以用于完美调制石墨烯的带隙；基于二维超晶格思想，可以采用金属/半金属/半导体/Dirac不同组合方式构造新型二维晶体结构，包括所有已知和未知Si，BN，B-C-N等二维材料；基于超晶格概念同量子阱，多量子阱等概念的联系，二维超晶格的概念可以拓展至二维异质结、二维量子阱等关联系统。