超硬材料是指硬度可与金刚石相比拟的材料。目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼与金刚石，还有许多新型超硬材料正在研发中，如碳化硼、孪晶金刚石以及一系列化合物。计算材料科学作为一门新兴学科，在设计和预言超硬材料中起到了越来越重要的作用。蒋雪著的《碳基和类碳超硬材料的第一性原理研究》以碳基和类碳超硬材料为例，系统综述了如何应用计算材料科学来设计超硬材料。

1 超硬材料
1.1 超硬材料的现状
1.2 B、C、N、O元素组成的超硬材料
1.3 碳基超硬材料
1.3.1 金刚石
1.3.2 非晶碳
1.3.3 富勒烯和碳纳米管
1.4 类碳超硬材料
1.4.1 二元B_N体系：c—BN和B13N2
1.4.2 二元B_C体系：B4C和c—BC5
1.4.3 二元B—O体系：B60
1.4.4 二元C—N体系：C3N4
1.4.5 三元B—C—N体系
2 计算方法
2.1 密度泛函理论
2.2 固体弹性的计算方法
2.2.1 弹性常数的计算方法
2.2.2 弹性模量的计算方法
2.3 硬度的计算方法
2.3.1 研究背景
2.3.2 模量与硬度之间的线性关系
2.4 相关软件包简介
3 碳材料新相：可调的sp3连接石墨烯自组装聚合体
3.1 结构模型和计算方法
3.2 结果和讨论
3.2.1 结构性能
3.2.2 热力学稳定性
3.2.3 电子结构
3.2.4 力学性能
3.2.5 全碳负线性压缩率材料
4 类碳晶体P—BN和AIMgB12
4.1 实验和计算方法
4.2 新型超硬BN同素异形体：P—BN
4.2.1 P—BN的结构参数
4.2.2 P—BN结构稳定性
4.2.3 P—BN的力学性能和硬度
4.3 三元超硬硼化物的实验制备与理论研究
4.3.1 实验结果和分析
4.3.2 第一性原理计算
5 碳和类碳非晶相
5.1 计算方法
5.2 高压下的玻璃碳
5.2.1 玻璃碳的定义
5.2.2 碳在高压下成键类型的转化
5.2.3 碳的新相R3碳
5.2.4 测试计算
5.2.5 玻璃碳在压力下结构和力学性能的转变
5.2.6 从R3碳到非晶碳的相变
5.3 低密度碳氮非晶结构和力学性能的分子动力学模拟
5.3.1 CN非晶构型
5.3.2 CN非晶的力学性能
5.4 三元B—C—N非晶的形成能力与力学性能
5.4.1 三元B—C—N非晶的形成能力
5.4.2 三元B—C—N非晶的力学性能
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
6.1 计算方法
6.2 单轴压缩下氢钝化的零维纳米金刚石的电子性能
6.3 一维金刚石纳米线
6.4 二维(4，8)石墨烯同素异形体
参考文献
附录
附录A 不同晶系的弹性模量矩阵
附录B 力学稳定性的判断标准