构成复杂碳化物陶瓷中的声子工程
材料科学
2025-08-08 v1
摘要
为了开发具备卓越辐射抗性和高温耐受性的先进陶瓷材料，构成复杂碳化物 (CCC) 作为极端环境下的优选材料类被广泛关注。在此类条件下，关键材料属性（如热稳定性、弹性、热导率和热力学行为）主要由声子所主导。在CCC中，显著的阳离子无序会导致声子散射显著，这源于质量和力常数的差异，影响这些关键属性。本研究采用第一性原理计算预测CCC中声子带结构，并系统探讨质量和力常数方差对具有岩盐结构的CCC声子谱函数的影响，涵盖从二元到五元碳化物。我们的发现表明，构成元素的选择和浓度可被战略性地利用以调节CCC的声子带结构、声子带隙和声子散射，从而实现对声子相关属性的控制。此外，我们使用空间域热感应反射技术测量了一些CCC的热导率。有趣的是，某些五元陶瓷的测量热导率高于某些三元和二元合金，这与普遍认为更大的阳离子无序会导致更多散射和更低热导率的预期相矛盾。这一有趣的结果为发现具有更好热导率的CCC开辟了可能性，为其在极端环境中的应用提供了新机遇。
引用
@article{arxiv.2508.04812,
title = {Engineering Phonons in Compositionally Complex Carbide Ceramics},
author = {Linu Malakkal and Jarin C French and Lanh Trinh and Kaustubh K Bawane and Shuxiang Zhou and Zilong Hua and Lingfeng He and Yongfeng Lu and Bai Cui},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.04812},
year = {2025}
}