高熵碳化物中的费米能级调控与力学性能
材料科学
2021-01-14 v1
摘要
本文通过理论与实验手段研究了高熵碳化物中的费米能级调控与力学性能演化。高熵陶瓷中大量的元素多样性拓宽了成分空间，但也给成分选择与性能研究带来了巨大挑战。我们利用价电子浓度（VEC）描述符来设计并预测高熵碳化物的性能。VEC 调控费米能级并系统地改变材料的成键特征。因此，力学性能随 VEC 呈函数关系演化。在 VEC 为 8.4 时，强 σ 成键态源于填满的金属 d 轨道与碳 p 轨道的重叠，这导致对剪切变形最大的抵抗力和最高的硬度。高于或低于最优 VEC 点 8.4 时，由于促进剪切变形的能带轨道被填充或清空，力学响应退化。此外，构成高熵碳化物的金属组分可使最优 VEC 点发生偏移。我们的分析表明计算硬度与剪切模量之间存在强相关性。作为实验补充，我们合成了一系列高熵碳化物并研究了其力学性能。实测硬度与理论预测相符，在 VEC 为 8.4 时达到约 30 GPa 的最高硬度。相比之下，当 VEC 为 9.4 时硬度下降了 50%。基于 VEC 设计高熵碳化物并在电子层面理解力学性能，使人们能够调控成分谱，从而从化学无序晶体中获得期望的力学响应。
引用
@article{arxiv.2101.04885,
title = {Fermi Level Engineering and Mechanical Properties of High Entropy Carbides},
author = {Mohammad Delower Hossain and Sarah Lowum and Trent Borman and Jon-Paul Maria},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.04885},
year = {2021}
}
备注
15 pages, 4 figures, Full Length Paper