1、過渡金屬氮化物因為具有低可壓縮性、高熔點、高Tc轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)良的力學、光學及磁學性能而廣泛在基礎(chǔ)科學和技術(shù)上得以應用。大多數(shù)過渡金屬氮化物是具有較高硬度的超硬材料或超導材料，如IrN2的彈性模量為428 GPa，NaCl結(jié)構(gòu)的NbN的超導溫度高達17.8 K，而立方MoN的超導轉(zhuǎn)變溫度甚至達到29 K。而貴金屬通常被認為是不會形成氮化物的，但2006年起，PtN2、PdN2、OsN2和IrN2相繼被實驗合成，掀起了貴金屬氮化物的研究熱潮

2、，不少關(guān)于以上四種物質(zhì)的研究成果相繼被報道出來。研究表明，這些貴金屬氮化物可能是潛在的新型超硬材料。但RuN2和RhN2，還沒有被實驗合成，關(guān)于它們的報道相對較少，Yu等人對RuN2和RhN2的結(jié)構(gòu)及體彈模量做了簡單的理論研究和預測。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，并在廣義梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)下研究了RuN2從零壓(0 GPa)到高壓(100 GPa)下的結(jié)構(gòu)、彈性、熱力學性質(zhì)。繼而進一步研究潛在新型

3、超硬材料——TMN2(TM=Ru，Rh，Os，Ir)在0GPa和20 GPa下的結(jié)構(gòu)、彈性、電學、熱力學性質(zhì)及硬度。其中OsN2和IrN2的研究結(jié)果跟已有的實驗研究符合得很好，進一步為實驗提供了理論支撐，此外，我們的研究也為RuN2和RhN2的實驗合成和材料性能預測提供理論指導依據(jù)。本文分五個章節(jié)，其中第三、四章為本文的重點內(nèi)容章節(jié)。
　　利用第一性原理計算，本文研究獲得了RuN2的結(jié)構(gòu)常數(shù)，且與其他理論值符合得較好。RuN2可能

4、是潛在的超硬材料，其在零壓下表現(xiàn)為脆性，壓強增大到13.4GPa(LDA)和20.8 GPa(GGA)時開始表現(xiàn)為韌性;RuN2的體彈模量與剪切模量的比值較低且泊松比較小，說明RuN2具有較為優(yōu)異的彈性性質(zhì);當T=0，P=0時，我們用體彈模量和剪切模量方法計算得到的德拜溫度為688.94 K(GGA)和736.74 K(LDA)，而用準諧德拜模型得出的RuN2的德拜溫度Θ為956 K。通過準諧德拜模型計算了RuN2的熱力學性質(zhì)。可以看出

5、，增大壓強或者降低溫度都能等效地改變體彈模量;熱脹系數(shù)α在低溫（T＜600 K）低壓(P＜40 GPa)時變化迅速，并隨溫度升高而增大，隨壓強增大而減小;在高溫(T600 K)高壓(P＞40 GPa)時它逐漸接近線性變化，熱容CV受到溫度和壓強的雙重影響，而當溫度逐漸升高時非簡諧的影響被鎮(zhèn)壓，熱容逐漸接近于Dulong-Petit極限約為74.85 J·mol-1·K-1。并且成功得到了德拜溫度Θ、熵S、Grüneisen參數(shù)γ在一些特

6、定溫度和壓強下的值。
　　此外，本文對TMN2(TM=Ru，Rh，Os，Ir)進行了研究，結(jié)構(gòu)參數(shù)計算值與其他可用的理論結(jié)果和實驗結(jié)果吻合良好。體積壓縮比為:RhN2＞ RuN2＞ IrN2＞ OsN2，這表明RhN2是四種物質(zhì)中最容易被壓縮的。RhN2在零壓下即表現(xiàn)為韌性，而其它三種晶體在低壓時表現(xiàn)為脆性，壓強增大，RuN2，OsN2和IrN2逐漸表現(xiàn)為韌性。在同一壓強下，韌性的強弱順序為:RhN2＞ IrN2＞ RuN2＞ O

7、sN2。金屬性從高到低的順序是:RhN2＞ IrN2＞ RuN2＞ OsN2。基于Mulliken布居數(shù)的第一原理計算表明，正交RuN2，RhN2，OsN2和IrN2的硬度分別為13.66 GPa，11.54 GPa，16.33 GPa，17.92 GPa，但這四個白鐵礦結(jié)構(gòu)化合物的硬度值低于超硬材料標準(40GPa)。IrN2和OsN2最有可能成為超硬材料的候選材料。利用準諧德拜模型分析了熱力學性質(zhì)。但遺憾的是，對于這些熱力學性質(zhì)，同