AlM2B2 (M=Cr, Mn, Fe, Co, Ni): a group of nanolaminated materials
本文采用理论与实验相结合的方法，研究了层状三元硼化物AlCr_2B_2、AlMn_2B_2、AlFe_2B_2、AlCo_2B_2和AlNi_2B_2的相稳定性、弹性性能、电子结构和硬度。我们发现，该系列的前三个硼化物是稳定的相，而AlCo_2B_2和AlNi_2B_2是亚稳相。我们发现，在硼化物系列的弹性增加，并预测，AlCr2B2，AlMn2B2，和AlFe2B2更脆，而AlCo2B2和AlNi2B2更延性。我们提出，AlFe_2B_2的弹性可以通过与钴或镍或它们的组合合金化来改善。我们提出的证据表明，这些三元硼化物纳米层压系统。基于SEM测量，我们证明了它们表现出分层现象，这导致了降低的硬度相比，过渡金属单硼化物和二硼化物。通过分析这些硼化物中的化学键和分离的理论工作，我们讨论了分层的背景。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Physical properties of predicted MAX phase borides Hf2AB (A = Pb, Bi): a DFT insight
我们用密度泛函理论研究了最近预测的MAX相硼化物Hf_2AB（A = Pb，Bi），首次研究了它的力学、电学、热学和光学性质。计算结果与文献值吻合较好，证实了计算结果的准确性。刚度常数（Cij）证明了所有标题化合物的机械稳定性。通过考虑体积模量、剪切模量、杨氏模量以及硬度参数，仔细研究了其力学行为。Hf_2AB（A = Pb，Bi）硼化物的脆性也得到了证实。电子能带结构和态密度（DOS）揭示了标题材料的金属行为。通过考虑沿不同方向的能量色散，揭示了电导率的各向异性。用Hf_2AB（A = Pb，Bi）的总态密度解释了维氏硬度的变化。还研究了各相的力学性能的各向异性性质。同时，还利用德拜温度、最小热导率和Grüneisen参数等重要工艺参数对材料的热性能进行了评价。通过研究Hf_2AB（A = Pb，Bi）的反射率，评价了Hf_2AB作为镀膜材料的可能性。
2021-01-14 cond-mat.mtrl-sci
The rise of 212 MAX phase borides, Ti$_2$PB$_2$, Zr$_2$PbB$_2$, and Nb$_2$AB$_2$ [A = P, S]: DFT insights into the physical properties for thermo-mechanical applications
一类有趣的三元金属硼化物，称为212 MAX相硼化物，是MAX相家族的最新进展。本文报道了对Ti $_2$ PB $_2$、Zr $_2$ PbB $_2$和Nb $_2$ AB $_2$ [A = P，S]的从头计算结果，其中首次预测了Ti $_2$ PB $_2$及其211硼化物相Ti $_2$ PB。通过计算形成能、声子色散曲线和弹性刚度常数证实了该体系的稳定性。发现Ti $_2$ PB $_2$、Zr $_2$ PbB $_2$和Nb $_2$ AB $_2$ [A = P，S]的弹性常数、弹性模量和维氏硬度值显著大于它们的对应物211硼化物和碳化物的弹性常数、弹性模量和维氏硬度值，其趋势与其他212硼化物相似。所研究的化合物像大多数MAX和MAB相一样易碎。电子能带结构和态密度揭示了标题硼化物的金属性质。几个热参数进行了探讨，证明Ti2PB2，Zr2PbB2，和Nb2AB2 [A = P，S]的适用性相比，他们的同行，和一个类似的趋势被发现为其他212硼化物。所获得的结果预测，Ti2PB2，Zr2PbB2，和Nb2AB2 [A = P，S]作为有效的热障涂层材料具有显着的潜力。通过计算介电常数（实部和虚部）、折射率、吸收系数、光电导性、反射率和能量损失函数，研究了Ti $_2$ PB $_2$、Zr $_2$ PbB $_2$和Nb $_2$ AB $_2$ [A = P…
2022-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Orthorhombic metal carbide-borides MeC$_2$B$_{12}$ (Me=Mg, Ca, Sr) from first principles: structure, stability and mechanical properties
本文通过第一性原理DFT模拟预测了Ca基和Sr基正交晶系B12基金属碳硼化物，证明其动力学和热力学稳定性，并发现其具有接近250 GPa剪切模量和45-55 GPa维氏硬度的超硬材料潜力。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of VMoNO as a function of oxygen concentration: toward development of hard and tough refractory oxynitrides
提高韧性是耐磨耐火陶瓷涂层开发的核心目标。广泛的理论和实验研究表明，NaCl结构的VMoN合金表现出令人惊讶的高延展性与高硬度和韧性相结合。然而，在操作过程中，保护涂层不可避免地氧化，这是一个可能损害材料特性和性能的问题。在这里，我们探讨了氧化在改变VMoN性能的作用。采用密度泛函理论和理论本征硬度模型研究了立方相V_（0.5）Mo_（0.5）N_（1-x）Ox固溶体的力学行为与氧浓度x的关系。弹性常数和本征硬度的计算表明，氧化不会降低V0.5Mo0.5N的机械性能。电子结构分析表明，氧的存在降低了共价键的字符，这稍微降低合金的强度和固有硬度。然而，金属d-d状态的特征，这是至关重要的允许塑性形变和提高韧性，保持不受影响。总的来说，我们的研究结果表明，VMoNO氮氧化物，与氧浓度高达50%，具有高的固有硬度，同时仍然是延展性。
2019-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Stability of 41 metal - boron systems at 0 GPa and 30 GPa from first principles
许多观察到的硼基材料具有出色的超导，机械和耐火性能。然而，一些报道的金属硼化物（M-B）化合物的结构、组成和存在本身一直是广泛争论的主题。这种密度泛函理论的工作旨在为目前已知的金属硼化物相的理解以及确定新的可合成的候选人设置一个基线。我们已经生成了一个包含12，000多个二进制M-B条目的数据库，用于在0和30 GPa的压力下生成该材料类中最大的成分和系统扫描。175个选定的晶体结构包括观察到的原型和新的发现与我们的进化基态搜索。考虑的金属是：Al、Ag、Au、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Hf、Hg、Ir、K、La、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Os、Pd、Pt、Rb、Re、Rh、Ru、Sc、Sr、Ta、Tc、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。根据零温零压下的生成能计算结果，预测了4种新的M-B相或结构，而以前报道的一些化合物已被证明是不稳定的。在30 GPa下，预计41个M-B系统中有18个会发生凸包的变化，这用于指示周期表中需要社区进一步调查的区域（对于金属硼化物）。对收集到的信息的分析揭示了在稳定性连接线的0.15 eV/原子内，所有Fe-B、Co-B和Ni-B结构的每个原子的磁矩与金属含量之间的近似线性关系。使用GGA-PBE和LDA-PW泛函来理解由交换相关泛函的选择引入的系统误差。
2014-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermo-mechanical properties of 212 MAX phase borides Zr2AB2 (A = In, Tl): an ab-initio understanding
MAX相硼化物的发现为材料科学界的研究增添了新的维度。本文对新近发现的MAX相硼化物Zr_2AB_2（A = In，Tl）进行了第一性原理研究。计算得到的晶格常数和晶胞体积与前人的研究结果一致。考察了标题化合物的动力学和机械稳定性。刚度常数，弹性模量，硬度参数，脆性和各向异性指数的基本见解。基于Mulliken布居分析和电荷密度图（CDM）解释了这些力学性能的变化。通过电子能带结构和态密度（DOS）研究了Zr_2AB_2（A = In，Tl）的电子性质，证实了Zr_2AB_2的金属性质。沿c方向的低色散能带证实了电导率的各向异性。DOS分析表明，Zr-d轨道对电导率的贡献占主导地位，In/Tl-p态在费米能级上的贡献很小。计算了德拜温度（θ D）、最小热导率（Kmin）、Gruneisen参数和熔化温度（Tm）。与Zr_2AC（A = In，Tl）相比，Zr_2AB_2（A = In，Tl）具有更高的θ-D和Tm值以及更低的Kmin值。此外，还计算了比热容、热膨胀系数和不同的热力学势函数。的光学常数进行了研究，以揭示其可能的应用目的的相关性。反射率光谱揭示了Zr_2AB_2（A = In，Tl）作为覆盖材料减少太阳加热的适用性。将所研究的Zr_2AB_2（A = In，Tl）的物理性质与其他相关的212和211 MAX相纳米层压材料的物理性质进行了比较。
2021-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Computational Search for Novel Hard Chromium-Based Materials
过渡金属的氮化物、碳化物和硼化物是一类有吸引力的硬质材料。我们最近对二元化合物的初步探索表明，铬基材料是最硬的过渡金属化合物之一。受此启发，在这里，我们详细探讨了二元Cr-B，Cr-C和Cr-N系统使用全局优化技术。预测材料的生成焓和硬度的计算用于帕累托优化，以定义具有最低能量的最硬材料。我们的计算恢复了所有已知的稳定化合物（除了具有大晶胞的$Cr_{23}C_6$），并发现了一个新的稳定相$Pmn2_1$ - $Cr_2C$。解析了$Cr_2N$的结构，发现它是反$CaCl_2$型（空间群Pnnm）.这些相中的许多具有显著的硬度，但只有$CrB_4$是超硬的（维氏硬度48 GPa）。在铬化合物中，硼化物通常具有最高的硬度和最大的稳定性。在压力下，我们预测稳定的TMDC类相的$Cr_2N$，WC型相的CrN，和一个新的化合物$CrN_4$。富氮氮化铬$CrN_4$是一种高能量密度材料，具有聚合氮链。在金属原子存在下，氮的聚合在低得多的压力下发生：$CrN_4$在15 GPa下变得稳定。
2017-03-06 cond-mat.mtrl-sci
High pressure mediated physical properties of Hf2AB (A = Pb, Bi) via DFT calculations
采用密度泛函理论（DFT）研究了Hf 2AB（A = Pb，Bi）硼化物的结构、力学、电学、热学和光学性质。发现晶格常数随着压力的增加而减小，其中在0 GPa下的晶格常数与报道的值一致。检查标题化合物在不同压力下的稳定性（机械和动力学）。通过对材料的体积模量、剪切模量、杨氏模量、普氏比、泊松比和硬度参数的研究，揭示了材料在不同压力下的力学行为。Pugh和泊松比被用来评估标题硼化物的脆性和延展性。通过计算不同的指数和绘制弹性模量的二维和三维投影，研究了力学性能的各向异性性质。通过计算不同压力下的能带结构、态密度和电荷密度图，揭示了电子性质，并指出了电子电导率的各向异性性质。我们研究了标题硼化物在不同压力下的德拜温度、最小热导率、Gruneisen参数和熔化温度，结果表明上述性质随压力的升高而改善。研究了一些重要的光学常数，揭示了它们在应用中可能的相关性;注意到了一点压力效应。热性能表明标题硼化物可用作热障涂层（TBC）材料，而反射率光谱显示它们适合用作保护免受太阳加热的覆盖材料。
2022-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Potential super-hard Osmium di-nitride with fluorite structure: First-principles calculations
我们对具有萤石结构的铂和锇的二碳化物、氮化物、氧化物和硼化物进行了系统的第一性原理计算。发现只有PtN $_{2}$、OsN $_{2}$和OsO $_{2}$是机械稳定的。特别是OsN $_{2}$具有最高的体积模量360.7 GPa。能带结构和态密度表明OsN $_{2}$的新相是金属性的。高的体积模量是由于Os5 \textit{d}和N2 \textit{p}态之间的强共价键和紧密堆积的萤石结构。
2006-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Fused borophenes: a new family of superhard materials
对新的超硬材料的研究受到了对金刚石和$c$ -BN的低成本替代品（例如金属硼化物）的工业需求的强烈推动。在这封信中，我们介绍了一个新的家庭的超硬材料，“融合硼烯”，含有2D硼层，互连形成一个3D网络。这些材料，确定通过高通量扫描BxC 1-x结构，表现出维氏硬度相媲美的最好的商业金属硼化物。由于它们的低形成能力，稠合硼杂苯可以通过高温方法合成，从适当的前体开始，或通过高压相的淬火。
2021-01-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Review of Transition-Metal Diboride Thin Films
本文综述了具有AlB 2型晶体结构（Strukturbericht命名为C32）的第4-6族过渡金属二硼化物（TMB 2）薄膜的薄膜生长、化学和物理性质。随着TMB 2开始与传统的耐火陶瓷（如碳化物和氮化物，包括Ti 1-xAlxN等伪二元化合物）竞争，工业应用正在迅速增长。TMB 2晶体结构包括由六方密堆积TM层交错的B的石墨状蜂窝状原子片。从C32晶体结构茎独特的性能，包括高熔点，硬度，耐腐蚀性，但有限的抗氧化性，结合高导电性。我们将潜在的化学键合、轨道重叠和电子结构与这类材料特有的机械性能、电阻率和高温性能相关联。该审查强调了避免污染元素（如氧）和硼偏析的目标和基板两侧溅射沉积过程中，更好地定义的属性，无论硼化物系统调查的重要性。这是由于对于生长熔剂的富硼组合物，B向TMB 2晶界偏析的强烈趋势。据判断，TMB 2膜的溅射沉积正处于TMB 2不仅作为块体材料而且作为保护涂层和导电高温稳定薄膜的多种应用的临界点。
2021-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability, local chemical disorder and its effect on the mechanical properties of refractory high-entropy alloys
本文研究了等原子态TaNbHfZr和TaNbHfZrTi高熵合金的相稳定性、短程簇集（SRC）型化学有序化、其它结构现象以及对强化的影响。从头计算已经完成，以确定热力学稳定性参数。铸态结构不包含任何局部化学有序，但高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究显示其局部畸变的晶格。通过从单晶X射线衍射（XRD）和粉末中子衍射（ND）研究中细化原子位移参数（ADP）来量化在其铸态和退火状态下的平均结构的局部晶格畸变。ADP的静态分量似乎占主导地位的热ADP，这表明在HEAs的局部晶格畸变的程度很高。晶格畸变导致固溶体状强化，与混合规则相比，这使HEAs的硬度增加了2-3倍。在退火HEA中形成的SRC具有垂直于方向的平面轮廓<1 0 0>。SRCs主要是Zr和Hf的共簇。SRC具有更高的原子体积，导致局部四方晶格畸变，这在XRD数据集和HRTEM晶格图像的快速傅里叶变换（FFT）中产生弥散条纹状强度。SRC的存在局部地降低了结构的晶格势能，并对位错的运动设置了额外的能垒。这增加了硬度，导致退火HEAs中约50%的额外强化。热力学分析表明，含有SRCs的弛豫结构降低了焓和构型熵。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Physics-Informed Machine Learning for Refractory Alloy Design
The University of Texas at El Paso（埃尔帕索德克萨斯大学）
该研究开发结合分位数梯度提升与Born稳定性约束的物理信息机器学习框架，预测难熔高熵合金的力学性能，筛选出高性能候选合金并确立定量设计规则，可加速难熔合金的发现。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Crystal forming ability of amorphous refractory metals under nanoindentation: a molecular dynamics study
Czech Technical University in Prague（布拉格捷克技术大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学和技术研究所）；University of Southampton（南安普顿大学）
该研究通过分子动力学模拟纳米压痕，揭示了非晶难熔金属V、Nb、Mo、Ta、W的晶体形成能力规律，发现其与内聚键强度相关，转变速率几乎与压头速度无关。
2026-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Hardness of FeB4: Density functional theory investigation
最近的一项实验研究报道了一种具有62 GPa高硬度的正交晶系FeB 4的成功合成，这重新引发了人们对过渡金属硼化物（TRB）化合物是否会成为超硬材料的广泛兴趣。然而，这与一些理论研究相矛盾，这些理论研究表明过渡金属硼化合物不太可能成为超硬材料。在这里，我们使用密度泛函理论研究了FeB 4的结构和电子性质。电子结构计算表明，该化合物具有良好的金属性和FeB共价键.同时，我们广泛地研究了FeB 4在各种拉伸和剪切载荷方向下的应力-应变关系。计算得到的最弱拉应力和剪应力分别为40 GPa和25 GPa。对FeB 4的进一步模拟（例如电子局域函数和沿最弱加载方向的键长）表明，弱Fe-B键合是造成这种低硬度的原因。此外，这些结果是一致的维氏硬度值（11.7至32.3 GPa），通过采用不同的经验硬度模型和低于40 GPa的超硬阈值。我们目前的研究结果表明，FeB 4是一种硬材料，不太可能成为超硬材料。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Topological changes and deformation mechanisms of nanoporous Ta under compression
本研究通过原子尺度模拟揭示了纳米多孔钽在压缩下的力学性能、变形机制及拓扑变化，发现塑性由位错主导并伴随孪晶与空位形成，且亏格演化与应力-应变各阶段直接相关。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
High-entropy high-hardness metal carbides discovered by entropy descriptors
高熵材料由于其优异的性能和广阔的应用前景而引起了人们的广泛兴趣。预测它们的形成仍然是发现新系统的主要障碍。在这里，我们提出了一个描述符-熵形成能力-从第一原则解决综合性。的形式主义，随机计算的能量分布谱的基础上，捕获的基态附近的等采样状态的可访问性和量化的配置混乱能够稳定高熵均匀相。该方法适用于无序难熔5-金属碳化物-高硬度应用的有前途的候选人。描述符正确地预测了组合物可以通过实验合成为岩盐高熵均匀相的容易程度，验证了Anonymous，并且在某些情况下，超越了直觉。这些材料中有几种表现出的硬度比混合物规则估计值高出50%。熵描述子方法通过合理地结合第一性原理与实验合成和表征，有可能加速高熵系统的搜索。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
An unconventional mechanism for simultaneous high hardness and ductility in Mo$_2$BC
材料要么具有高硬度，要么具有优异的延展性，但很少同时具有两者。Mo $_2$ BC是同时具有高维氏硬度和相对延展性的仅有的晶体材料之一。硬度和延展性之间的这种独特的平衡的起源是揭示在这里使用第一原理应力-应变计算。结果表明，在剪应变作用下，混凝土的各向异性响应包括显著的中间拉伸应变硬化行为和两步顺序破坏。控制机械性能的机制更类似于生物系统或一些聚合物网络等韧性软材料，而不是坚硬的难熔金属。这种不可预见的响应是通过分析机械扰动下电子结构和化学键合环境的变化来建立的。最重要的是，在极端应变下的优化结构显示了在态密度中形成的赝能隙和结构的硼-硼锯齿链的二聚化。这导致这些强共价键的增强，这有助于延迟最终失效，直到高于预期的应变。这些结果提供了一个平台，开发新一代的高硬度，韧性材料，通过识别化合物，在极端应变下形成电子亚稳结构。
2019-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Materials Discovery with Bayesian Optimization and Graph Deep Learning
利用基于结构的特征的机器学习（ML）模型为跨不同化学空间的准确性质预测提供了有效的手段。然而，获得平衡晶体结构通常需要昂贵的密度泛函理论（DFT）计算，这将基于ML的探索限制到已知晶体或少量假设晶体。在这里，我们证明了使用图深度学习能量模型的具有对称性约束的贝叶斯优化的应用可用于执行晶体结构的“无DFT”弛豫。使用这种方法显着提高ML预测的形成能和假设晶体的弹性模量的准确性，两种新型的超不可压缩硬质材料MoWC 2（P63/mmc）和ReWB（Pca 21）被确定，并成功地通过原位反应放电等离子体烧结从399，960过渡金属硼化物和碳化物的筛选合成。这项工作解决了一个关键的瓶颈，准确的属性预测的假设材料，铺平了道路，ML加速发现具有特殊性能的新材料。
2021-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning potentials for structurally and chemically complex MAB phases: strain hardening and ripplocation-mediated plasticity
针对MLIPs多针对简单材料训练的局限，本研究拟合复杂MAB相的MLIPs并高通量预测其结构力学性质，通过纳米拉伸试验揭示其变形行为，发现W₂AlB₂可通过波纹位错和孪晶在宽温域延缓断裂。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Nb-Based Eutectic Superalloy with Exceptional Ultrahigh-Temperature Mechanical Properties
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
本文报道了一种可铸造的Nb基共晶高温合金NMC-1，通过均匀层状结构实现1300-1500°C下高强度、低密度和低成本，为超高温结构材料提供新设计范式。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Perspective on descriptors of mechanical behavior of cubic transition-metal carbides and nitrides
本文针对立方岩盐型TMC/Ns，指出仅靠VEC描述其稳定性与力学行为存在局限，主张引入组分差异描述符、半经验模型及VEC的键型分解以提升预测能力。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Material Hardness Descriptor Derived by Symbolic Regression
本文利用基于压缩感知的符号回归人工智能算法SISSO，从61种过渡金属化合物的实验硬度数据中导出一个由体积模量、泊松比和剪切模量组合构成的维氏硬度物理描述符，并通过高通量筛选635种候选材料发现亚稳结构混合可提升硬度。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Local structure, thermodynamics, and melting curve of boron phosphide at high pressures by deep learning-driven ab initio simulations
本文开发了磷化硼的深度机器学习势，在从头算精度下模拟其高压高温行为，揭示了熔化结构、配位演化及12–15 GPa的反常结构转变，为共价材料熔化研究提供了新方法和新认识。
2023-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
