1超硬材料 1
1.1超硬材料的现状 2
1.2B、C、N、O元素组成的超硬材料 6
1.3碳基超硬材料 8
1.3.1金刚石 8
1.3.2非晶碳 8
1.3.3富勒烯和碳纳米管 10
1.4类碳超硬材料 12
1.4.1二元B-N体系：c-BN和B13N2 12
1.4.2二元B-C体系：B4C和c-BC5 13
1.4.3二元B-O体系：B6O 14
1.4.4二元C-N体系：C3N4 15
1.4.5三元B-C-N体系 17
2计算方法 20
2.1密度泛函理论 20
2.2固体弹性的计算方法 25
2.2.1弹性常数的计算方法 25
2.2.2弹性模量的计算方法 27
2.3硬度的计算方法 28
2.3.1研究背景 28
2.3.2模量与硬度之间的线性关系 29
2.4相关软件包简介 36
3碳材料新相：可调的sp3连接石墨烯自组装聚合体 39
3.1结构模型和计算方法 41
3.2结果和讨论 43
3.2.1结构性能 43
3.2.2热力学稳定性 47
3.2.3电子结构 51
3.2.4力学性能 54
3.2.5全碳负线性压缩率材料 56
4类碳晶体P-BN和AlMgB14 60
4.1实验和计算方法 62
4.2新型超硬BN同素异形体：P-BN 65
4.2.1P-BN的结构参数 66
4.2.2P-BN结构稳定性 69
4.2.3P-BN的力学性能和硬度 71
4.3三元超硬硼化物的实验制备与理论研究 73
4.3.1实验结果和分析 74
4.3.2第一性原理计算 80
5碳和类碳非晶相 94
5.1计算方法 95
5.2高压下的玻璃碳 99
5.2.1玻璃碳的定义 99
5.2.2碳在高压下成键类型的转化 100
5.2.3碳的新相R3碳 101
5.2.4测试计算 104
5.2.5玻璃碳在压力下结构和力学性能的转变 106
5.2.6从R3碳到非晶碳的相变 115
5.3低密度碳氮非晶结构和力学性能的分子动力学模拟 118
5.3.1CN非晶构型 121
5.3.2CN非晶的力学性能 129
5.4三元B-C-N非晶的形成能力与力学性能 131
5.4.1三元B-C-N非晶的形成能力 132
5.4.2三元B-C-N非晶的力学性能 135
6低维碳纳米材料：纳米金刚石、金刚石纳米线、石墨烯同素异形体 140
6.1计算方法 143
6.2单轴压缩下氢钝化的零维纳米金刚石的电子性能 146
6.3一维金刚石纳米线 156
6.4二维（4，8）石墨烯同素异形体 172
参考文献 182
附录 225
附录A 不同晶系的弹性模量矩阵 225
附录B 力学稳定性的判断标准 230