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博士研究生谷鑫磊在《Acta Materialia》上发表文章
发布时间:2021-03-29

       在材料力学性质的研究中,如金刚石这样的强共价性材料具有优异的硬度但呈现本征脆性,而延性金属具有优异的韧性但硬度不足,如何有效调控硬度和韧性这一对天然的矛盾是结构材料领域研究中的持久挑战。

       当前的理论研究发现,在过渡金属碳化物、氮化物领域,价电子浓度 (VEC)是判断材料脆性和延性的有效指标。然而依靠VEC预测材料的力学性质仍有较大的局限性,因为具有相同VEC的不同材料的力学性能仍将产生宽域的离散分布。本研究首先基于过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物的VEC特征,将其扩展到化学成分和结构与前者均不同的TMB2的力学性质描述中,发现了随VEC增加,TMB2出现了明显的脆韧转变。此外,在VEC所呈现的力学性质规律的基础上,我们通过掺杂不同价电子浓度的过渡族金属来进一步研究相同VEC下TMB2力学常数离散分布的原因。通过分析掺杂金属与B原子的相对电负性(REN)与力学性能的演变规律,我们发现在VEC相同的情况下,当掺杂金属原子的电负性值小于硼原子电负性时,较高的电负性会提高硬度和脆性;当掺杂金属原子的电负性值大于硼原子电负性时,较高的电负性会提高韧性和延性。VEC-REN组合描述符将种类繁多的双过渡族金属二硼化物的力学特征进行有效分类,形成精确的对应关系,可为合理优化和设计高硬-高韧材料提供有效判据,形成了一种对力学性能进行有效分类的鲁棒性方法。

       该工作2021年4月1日发表于《Acta Materialia》,题为“Sorting transition-metal diborides: New descriptor for mechanical properties”。

 

       相关文章:Xinlei Gu, Chang Liu*, Hao Guo, Kan Zhang*, Changfeng Chen, “Sorting transition-metal diborides: New descriptor for mechanical properties”, Acta Mater. 207, 116685 (2021)

       文章链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116685