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研究小组最新工作发表在《Physical Review B》
发布时间:2022-01-11

      过渡族金属具有极高的电子密度和抗压缩能力,硼元素形成的强共价键网络结构能够抵抗形变,由其组成的过渡族金属二硼化物往往具有优异的力学性能,尽管如此,在二硼化物体系中如何设计并获得硬度大于40GPa的超硬材料仍然极具挑战。

      在我们的实验工作中,发现TaB2薄膜硬度呈现显著各向异性,(001)面硬度达 45.9 GPa,电阻率为1.71×10−6 Ω·m,同时具有超硬、金属属性。而(110) 和 (100)择优取向的TaB2薄膜硬度则显著降低,约为30 GPa。我们通过第一性原理模拟了TaB2不同晶面在压缩和剪切共存的压痕测试条件下的应力应变曲线,发现其弹性极限应力值均超过40 GPa,而进一步的结构形变模式与动力学稳定性的模拟结果揭示了计算与实验的耦合困难源自剪切作用下Ta-B键过度伸长而提早诱发的动力学失稳,使得(110) 和 (100)面下理想强度不能达到其弹性极限值。而在(001)择优取向的薄膜中,通过在<001>方向引入压缩分量,可有效抑制该动力学失稳模式,从而使得(001)面的理想强度值达到其弹性极限,并超过超硬阈值。 

      这一研究结构表明利用晶体取向依赖的结构-性能关系为合理设计和发现大量过渡金属化合物中长期寻求但迄今为止很少获得的超硬金属材料开辟了一条有效途径。

      该工作于2022年1月11日发表于《Physical Review B》,题为Superhard metallic compound TaB2 via crystal orientation resolved strain stiffening。

      相关文章: Chang Liu, Xinlei Gu, Kan Zhang*, Weitao Zheng, Yanming Ma, Changfeng Chen*, “Superhard metallic compound TaB2 via crystal orientation resolved strain stiffening”, Phys. Rev. B 105, 024105 (2022)

       文章链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.105.024105