从理论与实验了解零热膨胀材料的热力学性能
材料科学
2024-05-31 v1
摘要
阐明了Ba1-xSrxZn2Si2O7(BZS)固体溶剂的各向异性热力学性能的起源和组成依赖性。高温相的BZS沿一个晶轴方向表现为负热膨胀(NTE)，并由X射线衍射实验和密度泛函理论水平的模拟表征为高度各向异性弹性特性。Ab initio分子动力学模拟提供了与实验观察高度一致的各向异性热膨胀预测。随着Sr含量x的增加，NTE显著减小。这与振动态密度(VDOS)和各向异性Gruneisen参数的组成依赖性相联系。由于用Sr取代Ba，VDOS在0-5 THz频率范围内向更高频率移动。在相同频率范围内，贡献NTE最主要的振动模式被发现。此外，使用准各向异性近似进行的声子计算揭示，NTE主要与由SiO4和ZnO4四面体形成的四元环变形有关。本工作获得的热力学和振动性质为未来研究提供了基础，以便针对BZS固体溶剂作为零或负热膨胀材料进行有针对性的设计。
引用
@article{arxiv.2405.19378,
title = {Thermomechanical properties of zero thermal expansion materials from theory and experiments},
author = {Andreas Erlebach and Christian Thieme and Carolin Müller and Stefan Hoffmann and Thomas Höche and Christian Rüssel and Marek Sierka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.19378},
year = {2024}
}