化学无序对无序MAX相中缺陷形成与迁移的影响

MAX相因其陶瓷与金属性质的独特结合而受到越来越多的关注。点缺陷通常被认为在合金（一般而言以及该体系具体而言）的结构、电子和输运性质中起着至关重要的作用。由于某些MAX相已被证明在非化学计量组成下稳定，此类合金化效应很可能会影响晶格点缺陷的行为。然而，该问题仍相对未被探索。在本工作中，我们在第一性原理密度泛函理论框架下，研究了合金化效应对MAX相合金中点缺陷的结构稳定性、能量稳定性、电子结构和扩散势垒的影响。考虑了(Zr-M)$_{2}$(AA${'}$)C中的空位(V$_{M}$、V$_{A}$、V$_{X}$)和反位(M-A; M-X)缺陷，其中M=Cr,Nb,Ti，AA${'}$=Al、Al-Sn、Pb-Bi，并存在M位和A位无序。我们的计算表明，与V$_{M}$和V$_{X}$相比，化学无序有助于降低V$_{A}$的形成能。与有序对应物相比，M位无序下V$_{A}$的扩散势垒也显著降低。这是一个非常重要的发现，因为势垒高度的降低将促进高工作温度下Al的扩散，从而有助于形成钝化氧化层（即铝基MAX相中的Al$_{2}$O$_{3}$），并减缓或阻止材料降解。我们相信，我们的研究将提供基础理解并给出一种调控关键性质的方法，从而有助于发现新的MAX相。