Abstract A systematic density functional theory study with two functionals –generalized gradient approximation (GGA) and local density approximation (LDA)–is carried out to explore the structural, electronic, elastic, thermal, vibrational and optical properties of a new 211 MAX phase Nb2CuC. To facilitate comparison we also study Nb2AlC, the precursor of Nb2CuC. The calculated band structures reveal the metallic conductivity of both compounds. The replacement of Al with Cu modifies the band profiles of Nb2CuC and consequently leads to its improved physical properties. Considering the position of the Fermi level on the total density of states (DOS), the new compound Nb2CuC is structurally less stable than Nb2AlC. The total DOS at the Fermi level obtained with GGA is slightly larger than those obtained with LDA. The Nb–C and Nb–A (A = Cu/Al) are covalent bonds, and Nb–Nb bonds lead to antibonding states in both MAX phases. The charge transfer among constituent atoms indicates some ionic character in the chemical bonds of Nb2CuC and Nb2AlC. Both MAX phases are mechanically and dynamically stable. The Nb2CuC is ductile and consequently damage tolerant, whereas Nb2AlC is brittle. However, Nb2CuC is relatively soft and machinable. In most cases Nb2CuC is more elastically anisotropic than Nb2AlC, and Nb2CuC is expected to be a promising thermal barrier coating material. We propose that Nb2CuC is a better coating material for preventing solar heating than Nb2AlC, and Nb2CuC is expected to be superconductive because its Fermi surface has a nesting nature.

中文翻译：

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深入了解新型 211 MAX 相 Nb2CuC 的物理特性

摘要 为了探索新型 211 MAX 相 Nb2CuC 的结构、电子、弹性、热学、振动和光学性质，进行了具有两个泛函——广义梯度近似 (GGA) 和局部密度近似 (LDA) 的系统密度泛函理论研究。 . 为了便于比较，我们还研究了 Nb2AlC，即 Nb2CuC 的前体。计算出的能带结构揭示了两种化合物的金属导电性。用 Cu 代替 Al 改变了 Nb2CuC 的能带分布，从而改善了其物理性能。考虑到费米能级在总态密度 (DOS) 上的位置，新化合物 Nb2CuC 在结构上不如 Nb2AlC 稳定。用 GGA 获得的费米能级的总 DOS 比用 LDA 获得的稍大。Nb-C 和 Nb-A (A = Cu/Al) 是共价键，Nb-Nb 键导致两个 MAX 相中的反键合状态。组成原子之间的电荷转移表明 Nb2CuC 和 Nb2AlC 化学键中的某些离子特性。两个 MAX 相在机械和动态上都是稳定的。Nb2CuC 具有延展性，因此具有耐损伤性，而 Nb2AlC 则脆。然而，Nb2CuC 相对较软且可加工。在大多数情况下，Nb2CuC 比 Nb2AlC 更具弹性各向异性，并且 Nb2CuC 有望成为一种很有前途的热障涂层材料。我们建议 Nb2CuC 是一种比 Nb2AlC 更好的防止太阳加热的涂层材料，并且 Nb2CuC 有望具有超导性，因为其费米表面具有嵌套性质。组成原子之间的电荷转移表明 Nb2CuC 和 Nb2AlC 化学键中的某些离子特性。两个 MAX 相在机械和动态上都是稳定的。Nb2CuC 具有延展性，因此具有耐损伤性，而 Nb2AlC 则脆。然而，Nb2CuC 相对较软且可加工。在大多数情况下，Nb2CuC 比 Nb2AlC 更具弹性各向异性，并且 Nb2CuC 有望成为一种很有前途的热障涂层材料。我们建议 Nb2CuC 是一种比 Nb2AlC 更好的防止太阳能加热的涂层材料，并且 Nb2CuC 有望具有超导性，因为其费米表面具有嵌套性质。组成原子之间的电荷转移表明 Nb2CuC 和 Nb2AlC 化学键中的某些离子特性。两个 MAX 相在机械和动态上都是稳定的。Nb2CuC 具有延展性，因此具有耐损伤性，而 Nb2AlC 则脆。然而，Nb2CuC 相对较软且可加工。在大多数情况下，Nb2CuC 比 Nb2AlC 更具弹性各向异性，并且 Nb2CuC 有望成为一种很有前途的热障涂层材料。我们建议 Nb2CuC 是一种比 Nb2AlC 更好的防止太阳能加热的涂层材料，并且 Nb2CuC 有望具有超导性，因为其费米表面具有嵌套性质。而 Nb2AlC 很脆。然而，Nb2CuC 相对较软且可加工。在大多数情况下，Nb2CuC 比 Nb2AlC 更具弹性各向异性，并且 Nb2CuC 有望成为一种很有前途的热障涂层材料。我们建议 Nb2CuC 是一种比 Nb2AlC 更好的防止太阳能加热的涂层材料，并且 Nb2CuC 有望具有超导性，因为其费米表面具有嵌套性质。而 Nb2AlC 很脆。然而，Nb2CuC 相对较软且可加工。在大多数情况下，Nb2CuC 比 Nb2AlC 更具弹性各向异性，并且 Nb2CuC 有望成为一种很有前途的热障涂层材料。我们建议 Nb2CuC 是一种比 Nb2AlC 更好的防止太阳加热的涂层材料，并且 Nb2CuC 有望具有超导性，因为其费米表面具有嵌套性质。