负热膨胀硅酸盐相稳定性的理论与实验决定
材料科学
2024-05-31 v1
摘要
表现出零热膨胀的材料广泛应用于从日常陶瓷炉灯到天文望远镜镜片再到光学和微机械装置。这些材料包括含有至少一种晶向负热膨胀相的玻璃陶瓷，例如Ba1-xSrxZn2-2yMg2ySi2O7固体溶剂。然而，这些晶体在温度接近相变温度Tt时常出现的体积增加的马氏相变，常阻碍其作为零热膨胀材料的应用。为了解决这一问题，本文开发了一种快速预测Ba1-xSrxZn2-2yMg2ySi2O7等材料Tt的 method，该 method 基于密度泛函理论模拟和实验的组合。其核心要素是使用基于化学组成的Debye模型对温度和化学组成的自由能进行建模，通过经验校正 incorporating 不规则晶格振动的效应。该 method 提供的Tt预测具有约100 K的估计不确定性，这与计算要求更高的多形相变模拟的精度相当。此外，该 method 允许基于计算的高效确定Ba1-xSrxZn2-2yMg2ySi2O7在合成过程中将形成具有所需热性能的化学组成，从而便于针对零热膨胀材料进行有针对性的设计。
引用
@article{arxiv.2405.19379,
title = {Phase stability determination of negative thermal expansion silicates by theory and experiment},
author = {Andreas Erlebach and Ghada Belhadj Hassine and Christian Thieme and Katrin Thieme and Christian Rüssel and Marek Sierka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.19379},
year = {2024}
}