نویسندگان

دانشگاه لرستان

چکیده

  اخیراً وجود ساختار جدیدی از کربن تحت عنوان n-diamond گزارش شده که ساختار بلوری آن کاملا مشخص نشده است. با توجه به اهمیت موضوع، مطالعات تجربی و نظری زیادی برای تعیین ساختار و خواص این فاز جدید کربنی در حال انجام است. مطالعات انجام شده همگی با فرض خالص بودن این ساختار است، از طرفی با مطالعه روش‌های تولید n-diamond که در حضور گازهای H2 و CH4 صورت گرفته، به نظر می‌رسد که این ساختار جدید کربنی خالص نبوده و احتمال حضور هیدروژن در آن وجود دارد. در این مطالعه، پایداری ساختاری پنج فاز fcc-CHx به روش FP-LAPW و در چارچوب نظریه تابعی چگالی ( DFT ) بررسی شده است. انرژی کل بر حسب تغییر شکل‌های همگن، تتراگونال و رومبوهدرال محاسبه شده است. ابتدا ساختارهای C2H (کاپرایت)، CH (سولفید روی مکعبی)، CH (سدیم کلراید) و CH2 (فلورایت) را تحلیل کرده‌ایم. برای این چهار ترکیب، منحنی انرژی کل بر حسب تغییر شکل‌های همگن و رومبوهدرال دارای کمینه است اما در تغییر شکل تتراگونال ناپایدارند. در ادامه، پایداری ساختار CH2 (پیریت) را بررسی کرده و دریافتیم که CH2 (پیریت) با جایگاه‌های اتم‌های هیدروژن در u=0.35 و ثابت شبکه Å 3.766 از نظر کشسانی پایدار است و می‌تواند توضیح قابل قبولی برای مشاهدات تجربی n-diamond در مواد مهیا شده در حضور هیدروژن و متان باشد. در ادامه، ساختار نواری و ویژگی‌های اپتیکی CH2 (پیریت) محاسبه و با نتایج تجربی موجود، مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Theoretical study of the structural stability for fcc-CHx phases using density functional theory

نویسندگان [English]

  • M Dadsetani
  • H Nejatipour

چکیده [English]

 Recently, a new carbon modification, namly n-diamond, have been reported, whose structure is still a matter of debate. It is important to note that the synthesis of n-diamond was carried out in the presence of hydrogen or methan. In this work we evaluate the structural stability of five fcc-CHx phases by means of first-principle calculation. The total energy is obtained as a function of the isotropic, tetragonal and rhombohedral deformations for the bulk structures. First, we analyze the C2H (cuprite), CH (zincblende), CH (rocksalt) and CH2 (fluorite) structures.It is found that the four systems show a minimum in the total energy for the isotropic and rhombohedral deformations, but are unstable against tetragonal deformation. In the second part, we explore the structural stability of CH2 in the pyrite structure. We find that CH2 (pyrite) with the hydrogen atoms defined by the internal parameter u=0.35 and a lattice parameter of 3.766 Å is elastically stable, providing a possible explanation for the experimental observation of fcc-carbon in materials prepared in the presence of hydrogen or methan. In final, we calculate density of states, band structure and EELS spectrum of CH2 (pyrite) and compare them with n-diamond.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DFT
  • n-diamond
  • FCC-CHx
  • EELS
  • structural properties

تحت نظارت وف بومی