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具有高硬度的材料不但可用于研磨、抛光、涂层工艺，也可用于制成各种工具应用于现代工业领域。近年来无论是在实验上还是在理论上，过渡金属-轻元素组成的化合物作为超硬材料研究的新领域，已成为了一个热门的研究课题。具有超不可压缩性、高硬度的过渡金属二硼化物尤其令人关注。但是，大多数的研究都集中在纯二元过渡金属二硼化物上，很少涉及三元混合金属二硼化物。本论文的工作就主要围绕于混合金属二硼化物的力学性质的第一性原理计算并讨论在纯金属二硼化物中引入掺杂过渡金属将对体系的力学性质带来怎样的影响及调控机制。
本论文采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法，交换关联函数采用了局域密度近似和广义梯度近似，运用VASP程序对体系的结构、力学性质和电子结构进行计算研究。
硕士论文研究工作主要有三个部分：
第一，对二元纯过渡金属二硼化物ReB2和OsB2的结构、力学性质和电子性质进行了计算和讨论。计算所得的两个化合物的理论晶格常数和弹性模量值都与相应的实验值吻合得很好，说明我们计算方法对于这类含重原子的体系具有较高准确性和可靠性。分析它们的电荷密度图和电子态密度图，发现它们良好的力学机械性质源自化合物中过渡金属原子与硼原子以及硼原子之间的强共价键作用。
第二，对一系列三元混合过渡金属二硼化物Re0．5Ir0．5B2，Re0．5Tc0．5B2．Os0．5W0．5B2和Os0．5Ru0．5B2性质进行了计算。我们选择ReB2的六方结构和OsB2正交结构作为这些三元化合物的初始构型。这两种结构的化合物都具有热稳定性及机械稳定性。除了Os0．5Ru0．5B2之外，都以六方结构为最稳定构型。化合物的结构对力学性质有一定的影响。正交结构中的双金属层易在外力的作用下发生位错滑移。且正交结构的体积稍大于六方结构，即正交结构的价电子密度低于六方结构的价电子密度。因此，正交结构的弹性模量小于六方结构的弹性模量。六方结构的Re0．5Tc0．5B2和Os0．5W0．5B2有着与ReB2相当的体弹模量和剪切模量。这一结果表明它们是潜在的超硬材料。其余的化合物也具有相当高的体弹模量和较高的剪切模量，说明它们虽不属于超硬材料，但也是具有良好的超不可压缩性的、硬度较高的材料。同ReB2和OsB2一样，Re0．5Ir0．5B2、Re0．5Tc0．5B2、Os0．5W0．5B2和Os0．5Ru0．5B2也存在着非常强的过渡金属与硼原子之间以及硼原子与硼原子之间的成键作用。
第三，将ReB2与同为六方结构的Re0．5Ir0．5B2和Re0．5Tc0．5B2，OsB2与同为正交结构的Os0．5W0．5B2和Os0．5Ru0．5B2的力学性质进行比较。Re0．5Ir0．5B2的体弹模量只比ReB2的小了7．2％，而剪切模量下降了36．3％。Os0．5W0．5B2的体弹模量只比OsB2的大了0．6％，而剪切模量却大幅增加了36．1％。从ReB2到Re0．5Ir0．5B2，价电子数增多，电子逐渐填充到反键轨道，键强减弱，弹性模量随之下降；从OsB2到Os0．5W0．5B2，价电子数减少，填充在反键轨道上的电子随之减少，键强增强，弹性模量随之升高。相对论效应导致5d金属与硼原子成键稍强于4d金属与硼原子成键。总体来说，ReB2和OsB2的弹性模量稍高于Re0．5Tc0．5B2和Os0．5Ru0．5B2的弹性模量。两组之间的弹性模量相差都在5％左右。总而言之，混合杂质金属是通过影响金属二硼化物中成键的强弱来引起力学性质的变化。对于键强的变化，剪切模量要比体弹模量敏感得多。
以上结论表明我们可以通过混合杂质金属对金属二硼化物的力学性质进行调控和设计。本文的研究结果对超硬材料的进一步研究工作具有一定的参考意义。