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不同壓力下CrB的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究
作者:
作者單位:

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津 300350

作者簡(jiǎn)介:

通訊作者:

中圖分類號(hào):

基金項(xiàng)目:

天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目(22YDTPJC00160)


Crystal Structure Prediction, Electronic Structure and Me-chanical Properties of CrB: A First-Principles Investigation
Author:
Affiliation:

School of Materials Engineering, Tianjin Sino-German University of Applied Science, Tianjin 300350, China

Fund Project:

Tianjin Science and Technology Planning Project (22YDTPJC00160)

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    摘要:

    基于密度泛函理論第一性原理的方法,使用CALYPSO對(duì)CrB進(jìn)行晶體進(jìn)行結(jié)構(gòu)搜索,并對(duì)搜索出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電子結(jié)構(gòu)的分析及力學(xué)性質(zhì)的預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,采用1倍分子式搜索出的2種結(jié)構(gòu)中,α-CrB相為立方結(jié)構(gòu),空間群為Fm-3m(No. 225),β-CrB相為四方結(jié)構(gòu),空間群為P4/mmm(No. 123)。當(dāng)壓強(qiáng)超過90 GPa時(shí),CrB將會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)相變,由α-CrB相轉(zhuǎn)變?yōu)?i>β-CrB相。聲子譜的計(jì)算結(jié)果及力學(xué)穩(wěn)定性的判據(jù)結(jié)果表明,α-CrB相及β-CrB相均具有動(dòng)力學(xué)及力學(xué)穩(wěn)定性。β-CrB相晶體中,B原子的s軌道、p軌道及Cr原子的d軌道發(fā)生雜化,形成共價(jià)鍵及離子鍵;α-CrB相晶體,Cr的d軌道和B的p軌道發(fā)生軌道雜化,形成了離子鍵。β-CrB相中態(tài)密度能量范圍分布較大且峰值相對(duì)較低,能帶色散較強(qiáng),原子軌道相互作用較強(qiáng)。隨著壓力的增加,α-CrB相的硬度值逐漸升高,在90 GPa時(shí)達(dá)到最大值28 GPa,并且韌性和硬度的匹配程度最好,即此時(shí)材料的綜合力學(xué)性能是最好的。當(dāng)壓力超過90 GPa發(fā)生相變后,β-CrB相的硬度值明顯降低,低至9.3 GPa,此時(shí)B/G值增加至3.9,表現(xiàn)出明顯的韌性特征。α-CrB相晶體雖然原子間作用力較低且體積模量較小,但是由于晶體內(nèi)部原子之間形成了化學(xué)鍵網(wǎng)絡(luò),體積模量的各向異性相對(duì)較低,這是其具有較高硬度的主要原因。

    Abstract:

    Different crystal structures of CrB were obtained bythe CALYPSO software. The electronic structure and mechanical properties of CrB were analyzed through first-principles calculations. The results show that the structure of CrB transits from α-CrB to β-CrB phase at 90 GPa. The β-CrB phase exhibits both covalent and ionic bonds, while α-CrB phase is dominated by ionic bonds. The modulus and hardness of both phases increase with increasing pressure. However, the hardness of β-CrB is less than that of α-CrB, indicating that the comprehensive mechanical properties of CrB are optimized at 90 GPa. From the perspective of electronic structure, the reasons for the changes in the mechanical properties of CrB under different pressures were explained.

    參考文獻(xiàn)
    相似文獻(xiàn)
    引證文獻(xiàn)
引用本文

劉飛,孫偉,王麗.不同壓力下CrB的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[J].稀有金屬材料與工程,2023,52(10):3399~3409.[Liu Fei, Sun Wei, Wang Li. Crystal Structure Prediction, Electronic Structure and Me-chanical Properties of CrB: A First-Principles Investigation[J]. Rare Metal Materials and Engineering,2023,52(10):3399~3409.]
DOI:10.12442/j. issn.1002-185X.20230105

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歷史
  • 收稿日期:2023-03-02
  • 最后修改日期:2023-04-23
  • 錄用日期:2023-04-27
  • 在線發(fā)布日期: 2023-10-26
  • 出版日期: 2023-10-24