基于从头算方法的Al和Si掺杂MAB相热性质的预测

《Journal of the American Ceramic Society》：Ab initio prediction for the thermal properties of the Al- and Si-containing MAB phases

该研究通过第一性原理计算预测了29Al-和Si-稳定MAB相在准谐振近似下的热容和热膨胀系数，揭示了电子激发和磁性贡献对热物性的影响机制，发现Si-MAB相因化学键更强而热容更高但热膨胀系数更低，且磁性相在居里温度附近热膨胀系数突变，Cr4AlB4表现出异常低热膨胀系数。

　　

摘要

本研究采用第一性原理计算方法，在准谐近似框架下预测并分析了29种含有铝（Al）和硅（Si）的稳定金属-合金-硼（MAB）相的热容（c_p）和热膨胀系数（TEC），同时考虑了电子激发和磁性的影响。研究温度范围覆盖至1500 K，与现有及以往的实验结果一致。总体而言，电子激发在300 K以上会略微增加热容c_p；而磁性贡献在居里温度（T_C）附近变得显著，其峰值会随着T_C和磁矩的增加而升高。含有硅的MAB相通常具有更高的热容c_p，这可以用科普定律（Kopp's law）来解释；同时由于化学键合较强，这些相的热膨胀系数（TEC）较低。与热容c_p类似，热膨胀系数（TEC）也受到过渡金属的价电子浓度（VEC）和电子壳层数的影响。值得注意的是，磁性MAB相的热膨胀系数（TEC）在居里温度T_C附近会出现突变；而Cr₄AlB₄的热膨胀系数异常低。此外，这些MAB相具有相对较高的德拜温度（θ_D），反映了它们较强的键合强度，且该温度随价电子浓度（VEC）的增加而降低。格吕奈森参数（γ）表明这些MAB相的晶格非谐性较低，与MAX相类似。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。