Proposition and ab initio study of relative stabilities of new materials from structural geomimetism : modelisation of physico-chemical properties

Abstract

Sur la base du principe de géomimétisme permettant l'utilisation de matériaux naturels comme le graphite, le diamant, le quartz a, la pyrite, etc. comme structures hôtes modèles, de nouvelles stoechiométries sont proposées. Leurs structures cristallines sont optimisées et discriminées sur la base de critères énergétiques, moyennant des calculs ab initio au sein de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). On proposera ainsi, par exemple XC3N3 (avec X = B, Al, P, Ga ou As), CN2 et C2N, ou encore SiNF. Les résultats obtenus ont permis notamment de proposer de nouveaux ultra-durs dans la classe de carbonitrures ternaires BC3N3, comme BC3N3 rhomboédrique qui présente un module de compressibilité de 358 GPa, un mécanisme de décomposition des carbonitrures (CVD) riches en azote initié la formation de N2 gazeux ou d'un radical cyanogène .C = N, ou enfin une nouvelle classe de matériaux, les silico-nitrofluorures dont l'archétype serait SiNF.On the geomimetism basis which allows the use of natural materials as graphite, diamond, a quartz, pyrite, etc. as model host-structures, new stoichiometries are proposed. Their crystal structures are optimised and discriminated using energy criteria with the help of ab initio calculations within the density functional theory (DFT) framework. As a matter of fact, we will propose, as examples, XC3N3 (where X is B, Al, P, Ga or As), CN2 and C2N, or SiNF. The obtained results allow to propose new ultra-hard materials in the BC3N3 ternary class, with the rhombohedral BC3N3 whose bulk modulus magnitude is 358 GPa. Else, they allows use to propose a decomposition mechanism of CVD nitrogen-rich carbon nitrides which is initiated either by a gaseous N2 formation or by a .C = N cyanogen radical formation. Finally, a new class of materials, the nitrofluorides whose archetype would be SiNF, is proposed