Pressure-induced structure, elasticity, intrinsic hardness and ideal strength of tetragonal C4N

四方晶系 材料科学 体积模量 剪切模量 各向异性 极限抗拉强度 结晶学 晶体结构 复合材料 化学 物理 光学
作者
Zhijun Shi,Wei Shao,L. Madhav Rao,Xiaolei Xing,Yefei Zhou,Xuejun Ren,Qingxiang Yang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (8): 5171-5184 被引量:4
标识
DOI:10.1039/d1cp05163f
摘要

A tetragonal C4N (t-C4N) structure was predicted via CALYPSO code, and the effects of pressure on its structural and mechanical properties were studied. The results show that t-C4N is different from various 2D CxNy compounds with a new type 3D crystal structure, which is similar to diamond. Bulk t-C4N is equipped with excellent elastic properties. When the pressure is increased from 0 GPa to 350 GPa, its bulk modulus B, shear modulus G and Young's modulus E are increased from 426.9 GPa to 1123.1 GPa, 371.4 GPa to 582.9 GPa and 863.7 GPa to 1490.9 GPa, respectively. The anisotropic Bmax, Gmax and Emax are increased from 582.38 GPa to 1751.41 GPa, 478.29 GPa to 1033.97 GPa and 1281.26 GPa to 2490.14 GPa, respectively. When the pressure is 0 GPa, the hardness calculated by Chen's and Tian's models are 51.15 GPa and 51.81 GPa, respectively. Its ideal tensile strength in [111] orientation is the smallest (63.46 GPa), which indicates that the (111) planes allow easy cleavage. The smallest ideal shear strength (67.98 GPa) can be obtained in the (111)[11̄0] orientation, which suggests its theoretical hardness is about 67.98 GPa. Due to its excellent mechanical properties, t-C4N can be used as an industrial superhard material.
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