Electron-irradiation-facilitated production of chemically homogenized nanotwins in nanolaminated carbides
孪晶界被用来稳定超细晶粒和提高纳米材料的力学性能。然而，在碳化物陶瓷中，孪晶边界和纳米孪晶的产生是极具挑战性的。使用扫描透射电子显微镜作为一个独特的平台，原子尺度的结构工程，我们证明，双血小板可以产生在碳化物的工程反位缺陷。在各种层状三元碳化物中的金属位点处的反位缺陷被集体地且可控地产生，并且金属元素通过电子辐照而被均匀化，这将孪晶状薄片转变成纳米孪晶片晶。在化学均匀化过程中，α-Ti 3AlC 2转变为非常规的\b{eta} -Ti 3AlC 2。双晶片的化学均匀性和宽度可以通过轰击电子的剂量和能量来调节。化学均匀化的纳米孪晶可以将硬度提高约45%。我们的研究结果提供了一种新的方法，以产生纳米（<5 nm）的纳米孪晶片在科学和技术上重要的碳化物材料，并展示了缺陷工程的可行性，通过埃大小的电子探针。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Elastic and Piezoresistive Properties of Nickel Carbides from First-Principles
由于镍作为碳纳米管和石墨烯生长的催化剂的相关性，镍-碳系统在过去几年中受到了越来越多的关注，其中可能涉及碳化镍中间体或最终形成碳化物界面层。包含Ni $_3$ C的镍-碳复合物薄膜在机械传感应用中特别令人感兴趣。由于碳化镍的亚稳定性，形成条件以及机械和电气性能之间的耦合尚未得到很好的理解。采用第一性原理电子结构方法，计算了Ni $_3$ C、Ni $_2$ C和NiC的弹性性质，以及在机械应变下电子性质的变化。我们观察到费米能级周围的电子态密度在所考虑的高达1%的应变下不发生变化，这对应于高达3GPa的应力。Ni $_3$ C电导率的相对变化范围高达约10%的最大值。
2017-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of stable hafnium carbides: their stoichiometries, mechanical properties, and electronic structure
采用USPEX程序中的变组分从头算进化算法，在常压下对Hf-C体系中可能存在的稳定化学计量比化合物进行了系统的研究。除了众所周知的HfC，我们预测了另外两种化合物Hf 3C 2和Hf 6C 5。空间群为C2/m的Hf_6C_5的结构在原胞中含有11个原子，这一预言恢复了A. I.古谢夫Hf_3C_2的稳定结构也是C_2/m空间群，比A. I.古谢夫新预测的结构的动力学和机械稳定性已被验证，其声子和弹性常数的计算。Hf 3C 2的体模量和剪切模量分别为195.8 GPa和143.1 GPa，而Hf 6C 5的体模量和剪切模量分别为227.9 GPa和187.2 GPa。由于结构空位的存在，它们的机械性能不如HfC。化学键，能带结构，和Bader电荷的介绍和讨论。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Engineering near infrared single photon emitters in ultrapure silicon carbide
晶格中的量子发射体是量子信息处理、安全网络和纳米传感的极具吸引力的候选者。对于这些应用中的许多应用，有必要控制具有长自旋相干时间的单个发射器。这种单量子系统已经使用量子点、钻石中的色心、纳米结构和分子中的掺杂剂来实现。最近，已经在碳化硅（SiC）中识别出具有微秒量级的自旋移相时间和室温光学可检测的磁共振的系综发射器，碳化硅是与最新的半导体器件技术高度兼容的化合物。然而，到目前为止，在单发射极水平上的SiC中的这种自旋中心的工程仍然难以捉摸。在这里，我们证明了控制的自旋中心密度在超纯SiC超过8个数量级，从低于$10^{9}$以上$10^{16} \,$厘米$^{-3}$使用中子照射。对于低辐照剂量，可以清楚地分离出完全光稳定的室温近红外（NIR）单光子发射体，证明即使在$10^{14}$激发循环后也没有漂白。基于它们的光谱指纹，这些中心被识别为硅空位，其可以潜在地用作量子比特、自旋传感器和微波激射放大器。
2014-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Optically detected spin-mechanical resonance in silicon carbide membranes
混合自旋机械系统是未来量子技术的一个有前途的平台。通常，它们需要应用额外的微波场来将整数自旋投射到可读状态。我们发展了一个理论的光学检测与半整数自旋缺陷的碳化硅（SiC）膜的自旋机械共振。当自旋共振频率与机械模式的共振频率相匹配时，它会发生，从而通过共振增强的自旋-声子耦合缩短自旋弛豫时间。这种效应可以被检测为在光泵浦下的光致发光强度的突然降低，而不施加微波场。我们提出了基于这种自旋机械共振的全光协议，以超高灵敏度检测外部磁场和质量。我们还讨论了强光抽运下的室温非线性效应，包括自旋介导的机械模冷却和加热。我们的方法提出了一个新的概念，量子传感使用自旋光力学。
2019-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comparative analysis of physical properties of some binary transition metal carbides XC (X = Nb, Ta, Ti): Insights from a comprehensive ab-initio study
二元金属碳化物属于技术上突出的一类材料。本文采用第一性原理方法对XC（X = Nb，Ta，Ti）二元金属碳化物的结构、力学、电学、光学和某些热物理性质进行了详细的研究。其中一些结果是新颖的。进行了比较分析。
2022-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Role of chromium oxides and carbides in strengthening CoCrFeNi multi-principle element alloys
本研究通过在CoCrFeNi多主元合金中引入铬氧化物和碳化物弥散相，探究不同制备工艺下的相组成及室温、575℃力学性能差异，明确了铬化合物对合金性能的作用机制，为高温用高熵合金的制备优化提供参考。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of 5d transition-metal carbides: An ab initio study
采用密度泛函理论计算了V族过渡金属碳化物TMC $_2$（TM = Hf，Ta，W，Re，Os，Ir，Pt，Au）在黄铁矿和萤石相中的弹性常数，系统地研究了它们的力学稳定性。结果表明，除了ReC $_2$和OsC $_2$外，其余均稳定在黄铁矿相中.另一方面，所研究的所有金属碳化物在萤石相中是不稳定的。
2015-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Polytype Engineering of Polymer-Derived SiC via Compositionally Complex MXene Templating
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）
研究通过复杂MXene模板调控聚合物衍生SiC的聚型选择，发现界面重构可促进六方结构形成并提升材料性能。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring mechanical properties and electrical conductivity of flexible niobium carbide nanocomposite thin films
碳含量为0至99原子%的柔性NbC纳米复合薄膜在室温下，在Si（100）和聚苯乙烯衬底上，通过非反应磁控溅射从纯Nb和C靶沉积，而不向衬底施加偏压。HRTEM图像显示，该薄膜表现出纳米复合结构的NbC纳米晶体（2至15 nm的大小）嵌入在无定形碳基体。通过简单地调节等离子体中的Nb通量，我们可以监测薄膜中的晶粒尺寸和游离碳相的百分比，这反过来又允许定制薄膜的机械性能和电导率。结果表明，由~8 - 10%游离碳组成的薄膜具有较高的硬度和弹性回复率，分别约为23GPa和85%，在22 ℃时的电导率为2.2 × 106S/m。这项研究表明，这种非反应性溅射方法在低温下沉积硬，弹性和导电的纳米复合薄膜，这是特别有用的温度敏感的聚合物或塑料基板上的纳米和微电子应用的薄膜制备的潜力。
2014-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Micropillar compression of single crystal tungsten carbide, Part 1: temperature and orientation dependence of deformation behaviour
碳化钨钴硬质合金通常用作经受高操作温度和压力的切削工具，其中碳化钨相的机械性能影响材料的磨损和寿命。在这项研究中，孤立的碳化钨（WC）相的机械行为进行了研究，使用单晶微柱压缩。使用聚焦离子束（FIB）加工制造两种晶体取向的直径为1-5 $μ$ m的微柱，随后在室温和600 °C之间压缩。激活的塑性形变机制是强烈的各向异性和弱的温度依赖。底部取向的支柱的流动应力约三倍高于棱柱形支柱，和支柱的两个方向略有软化，随着温度的升高。基底柱倾向于变形的不稳定开裂或不稳定的屈服，而棱柱形柱变形的滑动介导的开裂。然而，活跃的变形机制也敏感的支柱的大小和形状。变形柱的滑移轨迹分析表明，{10-10}棱柱面是WC中的主要滑移面。基底滑移在高温下也被激活为次级滑移系统。
2021-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Phonons in Compositionally Complex Carbide Ceramics
本研究通过从头计算和实验测量，揭示了成分复杂碳化物中质量与力常数变化对声子带结构和散射的调控作用，并发现五组分陶瓷热导率高于二元和三元合金，为极端环境应用提供新机遇。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Defects in Silicon Carbide as Quantum Qubits: Recent Advances in Defect Engineering
本综述介绍了可作为量子比特的碳化硅缺陷，梳理了硅空位、双空位等核心缺陷类型及多种制备技术，为该领域青年研究者提供入门参考。
2025-04-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Exfoliation of Ti$_2$C and Ti$_3$C$_2$ Mxenes from Bulk Phases of Titanium Carbide: A Theoretical Prediction
MXenes是一类新型的二维材料，具有多种新颖的性质，通常通过使用强化学试剂蚀刻掉A元素来从其MAX相制备。这导致MXene表面被不同的官能团钝化，如O、-OH、-F等，这在许多情况下倾向于降低它们的性能。在这项工作中，使用基于第一原理密度泛函理论的计算，我们提出了一种新的方法来合成原始的Ti $_2$ C和Ti $_3$ C $_2$ MXene从块状碳化钛与相应的化学计量。基于从我们的计算中获得的裂解能的值，我们设想原始Ti $_2$ C和Ti $_3$ C $_2$ MXenes可以使用机械或超声辅助液相剥离技术从它们的体相制备。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and mechanical behavior of Fe-Mn-Al-C low-density steel upon aging
本研究探究Fe-28Mn-9Al-1C低密度钢不同时效条件下的微观组织演变，揭示k-碳化物的形核生长规律，确定550℃时效8小时为最优工艺，实现了高强度与高塑性的良好匹配。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity reduction in (Zr$_{0.25}$Ta$_{0.25}$Nb$_{0.25}$Ti$_{0.25}$)C high entropy carbide from extrinsic lattice defects
具有随机分布的多个主阳离子的高熵碳化物陶瓷显示出高的温度稳定性、低的热导率和可能的耐辐射性。虽然化学无序已被证明可以抑制这些材料的热导率，但很少有人研究额外的外部产生的结构缺陷对热传输的影响。在此，（Zr $_{0.25}$ Ta $_{0.25}$ Nb $_{0.25}$ Ti $_{0.25}$）C暴露于Zr离子以产生微米级结构缺陷承载层。使用激光热反射测量晶格热输运的减少。不同注入温度下的电导率变化表明位错环对声子散射的贡献很小，而纳米级缺陷则是有效的散射体，为热工程提供了一条途径。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Probing spin-phonon interactions in silicon carbide with Gaussian acoustics
混合自旋力学系统提供了集成量子寄存器和传感器的平台。有效地创建和控制这样的系统需要全面了解各个旋转和机械部件以及它们的相互作用。碳化硅（SiC）中的点缺陷在具有低声学损耗的晶片级材料中提供长寿命的光学可寻址自旋寄存器，使其成为与高品质因数机械谐振器集成的自然候选者。在这里，我们显示了高斯聚焦的表面声波在SiC中，其特征在于一种新的频闪X射线衍射成像技术，它提供了直接的，应变振幅信息在纳米级的空间分辨率。使用从头计算，我们提供了一个更完整的图片的自旋应变耦合的各种缺陷在SiC与C3 v对称性。这揭示了剪切对于未来器件工程和增强自旋-机械耦合的重要性。我们展示了无微波磁场的声顺磁共振的全光检测，与传感应用有关。最后，我们展示了机械驱动的Autler-Townes分裂和磁禁戒拉比振荡。这些结果为三能级自旋系统的全应变控制提供了依据。
2018-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Combined effect of SiC and carbon on sintering kinetics, microstructure and mechanical properties of fine-grained binderless tungsten carbide
本研究通过SPS和CPS烧结，探究SiC和碳对无粘结剂WC陶瓷的联合影响，发现添加1% SiC和0.3% C可优化微观结构并提升力学性能，且烧结活化能揭示扩散机制。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Exploring mechanical and thermal properties of high-entropy ceramics via general machine learning potentials
本研究利用通用机器学习势（NEP）结合分子动力学模拟，高效探索高熵碳化物的力学与热学性能，验证了其准确性与泛化性，为高熵陶瓷的性能筛选提供了快速方案。
2024-09-19 cond-mat.mtrl-sci
DFT insights into MAX phase borides Hf2AB [A = S, Se, Te] in comparison with MAX phase carbides Hf2AC [A = S, Se, Te]
本研究通过DFT计算对比MAX相硼化物Hf2AB与碳化物Hf2AC的物理性质，证实其稳定性，发现碳化物热学性能更优，且B替代C影响材料性能。
2023-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of cubic silicon carbide with Si vacancies
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（马德里材料科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；CNR-IOM Democritos National Simulation Center, Istituto Officina dei Materiali（意大利国家研究委员会材料研究所德谟克利特国家模拟中心）
本研究通过路径积分分子动力学模拟，揭示硅空位及核量子效应会显著改变3C-SiC的弹性质与力学稳定域，为极端环境应用及量子技术提供微观见解。
2026-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Physical properties of new MAX phase borides M2SB (M = Zr, Hf and Nb) in comparison with conventional MAX phase carbides M2SC (M = Zr, Hf and Nb): Comprehensive insights
本文采用第一性原理方法对最近合成的MAX相硼化物M2SB（M = Zr，Hf和Nb）进行了详细的研究。首次考虑了机械硬度、弹性各向异性、光学性质、动力学稳定性和热性质的研究。刚度常数和弹性模量的估计值与现有的结果吻合良好。计算了显微硬度和宏观硬度（Hmicro和Hmacro）参数。还使用Mulliken布居分析计算维氏硬度。用电子态密度和电荷密度映射解释了所研究的三元硼化物的刚度常数、弹性模量和硬度参数的变化。发现Nb2SB化合物显示出最佳的机械性能组合。这些硼化物内的共价键和离子键的混合物解释使用Mulliken人口分析。通过二维和三维表示，可视化的杨氏模量，压缩性，剪切模量和泊松比的方向相关的值，并计算不同的各向异性因子。计算并分析了重要的光学常数。所研究的硼化物的金属性质被证实从DOS和光学性质。反射率光谱揭示了Zr2SB作为涂层材料以减少太阳加热的潜在用途。所研究的硼化物是动态稳定的声子色散曲线证实。计算和分析了其特征热力学性质。计算了相应的211 MAX相碳化物的物理性能，并与标题三元硼化物的物理性能进行了比较。
2020-09-09 cond-mat.mtrl-sci
New stable two dimensional silicon carbide nanosheets
我们用从头计算密度泛函理论预测了新的二维碳化硅纳米结构的存在。这些结构是由C-C和Si-C键排列在屈曲平面上的四元环和六元环组成。它们被证明是具有相对低的形成能的机械稳定性和机械稳定性，这意味着在实验室中的潜在制造。从其应变-应力关系和力学模量的方向依赖性来看，它们表现出很强的延展性和各向异性。该材料在施加高达27%的机械应变时保持声子稳定性，具有出色的延展性。SiC 2结构具有使用HSE 06泛函预测的0.02 eV的微小直接带隙，并且可以通过多种方法（例如氢化和应变应用）打开带隙。可以在0.02 ~ 1.72 eV的范围内策略性地调节带隙值，并且可以进一步操纵直接/间接带隙性质。相比之下，SiC的密切相关的结构示出了1.80eV的间接HSE带隙和在0.0 ~ 1.95eV之间的应变工程值。这些新提出的结构中的独特性质可能在未来的纳米机械和电子学中具有潜在的应用。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-Strength Amorphous Silicon Carbide for Nanomechanics
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Brown University（布朗大学）
本研究开发出具有超高强度的非晶硅碳薄膜，其拉伸强度超过10 GPa，适用于高灵敏度纳米力学传感器及动态环境中的多种应用。
2026-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultra-high strain in epitaxial silicon carbide nanostructures utilizing residual stress amplification
应变工程已经引起了极大的关注，特别是对于在不同衬底上生长的外延膜。SiC的残余应变已被广泛用于形成超高频和高Q因子谐振器。然而，迄今为止，据报道SiC的最高残余应变被限制在约0.6%。SiC中引入的大应变可以导致一些有趣的物理现象，以及谐振频率的显着提高。我们报道了一种前所未有的纳米应变放大器结构，利用外延3C SiC和Si之间的自然残余应力，具有高达8%的超高残余应变。此外，可以通过改变放大器结构的尺寸来调谐所施加的应变。引入这种可控的超高应变的可能性将为研究SiC在大应变范围内的物理特性以及开发超灵敏的机械传感器打开大门。
2017-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the effects of anionic vacancies and temperature on mechanical properties of NbC and NbN: Insights from Quantum Mechanical Study
The Technical University of Kenya（肯尼亚科技大学）；Moi University（莫伊大学）；University of Eldoret（埃尔多雷特大学）
本研究通过量子力学方法探讨了温度与阴离子空位对NbC和NbN机械性能的影响，揭示了结构、缺陷和热效应对材料韧性和脆性转变的关键作用。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the dissipation of crystalline micromechanical resonators
高质量的微纳机械谐振器广泛应用于传感、通信和计时，并在量子技术和量子物理基础研究中具有未来的应用。晶体薄膜由于其高质量、内在应力和屈服强度以及低损耗的前景而对于这种谐振器特别有吸引力。然而，当生长在硅衬底上时，由于与衬底的晶格失配而产生的界面缺陷被假定为引入额外的耗散。在这里，我们开发了一种新的背面蚀刻工艺的单晶碳化硅微谐振器，使我们能够定量验证这一预测。通过设计谐振器的几何形状并去除有缺陷的界面层，我们在室温下在碳化硅蹦床谐振器中实现了超过一百万的品质因数，比没有去除界面缺陷层的谐振器高五倍。我们预测，由高纯度碳化硅制造的类似器件并利用其高屈服强度，可以使室温品质因数高达$6\times10^9$
2020-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A First-Principles Study of Defects and Adatoms in Silicon Carbide Honeycomb Structures
采用第一性原理平面波方法研究了二维单层碳化硅（SiC）蜂窝结构及其准一维扶手椅型纳米带的力学、电学和磁学性质。为了揭示尺寸效应，本文还对SiC的三维体相和一维原子链进行了简要的研究。计算的键长，内聚能，电荷转移和带隙显示出明显的维度效应。基于声子频率计算的稳定性分析表明，二维SiC单层在平面几何结构中是稳定的。我们发现蜂窝状结构的2D SiC单层及其裸露的和氢钝化的纳米带是离子的、非磁性的、宽带隙半导体。在自能修正后，带隙进一步增加。使用应变能计算的机械性能进行了研究。研究了各种空位缺陷、吸附原子和替位杂质对二维SiC单层及其扶手椅型纳米带电子和磁性的影响。发现这些空位缺陷和杂质中的一些影响物理性质并获得磁矩，可以用于功能化SiC蜂窝结构。
2010-03-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
g-SiC6 Monolayer: A New Graphene-like Dirac Cone Material with a High Fermi Velocity
具有狄拉克锥的二维（2D）材料已经被许多独特的性质所吸引，即，载流子的有效质量接近于零，费米速度为1000，这为高性能电子器件提供了很大的可能性。在这项工作中，使用第一性原理计算，我们预测了一种新的狄拉克锥材料的碳化硅与新的化学计量，命名为g-SiC 6单层，它是由sp2杂化与石墨烯类结构。详细的计算表明，g-SiC 6具有优异的动力学、热稳定性和机械稳定性，并且其力学和电学性质仍然是各向同性的。最令人感兴趣的是，g-SiC 6单层的费米速度是迄今为止碳化硅狄拉克材料中最高的。g-SiC 6的Dirac锥可以通过面内单轴应变和剪切应变来控制，这有望在电子学和光电子学中实现直接应用。此外，我们还发现了具有类似SiC 6单层结构的AB 6（A，B = C，Si，Ge）化合物，它们都具有动力学稳定性和Dirac锥，并计算了它们的费米速度.鉴于这些新型碳化硅单层膜的优异性能，这是一种有前途的二维材料，为进一步探索潜在的应用。
2021-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Noval Si-C Compounds with High Thermal Conductivity under TPa in Planetary Interior
碳化硅具有优异的物理性能，例如高稳定性、导热性和机械强度。它已广泛应用于大功率器件、催化、材料加工等领域，在基础学科研究中具有重要意义。我们使用晶体结构搜索和第一性原理计算预测了四种稳定在3 TPa以内的新碳化硅结构。在2.6TPa以上，Pnma（SiC）取代B1（SiC），在2.5TPa后，新组分Si 3C 2变得最稳定。高压下的P4/mbm相Si_3C_2具有电极特性。碳化硅结构在研究压力范围内是金属性的，电子贡献了大部分热导率，这对类碳化硅类地行星的热演化具有重要意义。另外，我们提出了一个新的碳化硅行星模型，并计算了在TPa下Si 3C 2的声速。因此，我们的研究加深了对碳化硅类地行星内部结构和热演化的认识，探索了复杂的碳化硅相空间，丰富了碳化硅相图。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Spin and optical properties of silicon vacancies in silicon carbide (a review)
我们讨论了碳化硅中与硅空位相关的自旋3/2中心的精细结构和自旋动力学。这些中心具有光学可寻址的自旋态，这使得它们在量子技术中非常有前途。自旋中心的精细结构被证明对机械压力、外部磁场和电场、温度变化等高度敏感，其可用于有效的室温感测，特别是通过纯光学装置或通过光学检测的磁共振。本文讨论了基于自旋态混合的磁性测量和温度测量的实验成果，并讨论了在磁场中的微观机制。我们还讨论了与环境的相互作用所造成的自旋涨落的空位系综。
2017-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional spinodal interface in one-step grown graphene-molybdenum carbide heterostructures
通过将不同的材料堆叠在彼此之上制成的异质结构有望表现出不寻常的特性和新现象。异质结构的界面在决定其性能方面起着至关重要的作用。在这里，我们报告了一个二维（2D）的spinodal界面的石墨烯-碳化钼（α-Mo 2C）异质结构，这是由于spinodal分解发生在异质界面，通过使用扫描隧道显微镜观察。我们的实验表明，二维调幅界面调制石墨烯回音壁共振网络充满了准束缚态的无质量狄拉克费米子。此外，低于底层α-Mo 2C的超导转变温度，2D旋节界面表现为无序，导致石墨烯中邻近诱导超导性的崩溃。我们的研究结果为基于界面工程的异质结构性能调控提供了新的思路。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ablation threshold and temperature dependent thermal conductivity of high entropy carbide thin films
高熵碳化物（HECs）是一类很有前途的新型超高温陶瓷，可为高超声速飞行器前缘提供新的材料解决方案，其温度可达3500 ℃以上，并经历极端的热梯度。虽然HEC的机械和热性能在室温下已经得到了广泛的研究，但很少有工作研究HEC在高温下的性能或考虑这些材料对热冲击的响应。在这项工作中，我们测量了五阳离子HEC的热导率高达1200 ℃。我们发现，热导率随温度的增加，在单金属碳化物表现出的趋势一致。我们还测量了不同的CH4流速沉积的HEC的热导率，并发现，虽然热导率降低时，碳含量超过化学计量浓度，膜都表现出相同的温度依赖性的趋势，无论碳含量。为了比较HEC与难熔碳化物的抗热震性，我们进行脉冲激光烧蚀测量以确定HEC在损坏之前可以承受的通量阈值。我们发现，这个指标的平均粘结强度的趋势与理论硬度的HEC的预期。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reactive Two-Step Additive Manufacturing of Ultra-high Temperature Carbide Ceramics
超高温陶瓷（UHTCs）是需要对极端温度（>2000°C）、高机械负载或侵蚀性氧化环境具有弹性的应用的候选结构材料。使用增材制造（AM）方法将UHTC过渡金属碳化物作为独立材料进行加工尚未完全实现，这是由于它们极慢的原子扩散率阻碍了烧结，并且在间接AM期间体积变化较大，这可能会引起缺陷结构。在这项工作中，一个两步，反应AM的方法进行了研究，形成超高温陶瓷TiCx。使用现成的设备，包括聚合物粉末床熔融AM机和传统的管式炉，以生产具有亚毫米分辨率的UHTC立方体和晶格结构。该加工方案包括：（1）混合有酚醛粘合剂的Ti前体的选择性激光烧结，用于生坯成型，以及（2）生坯在CH 4中的非原位等温气-固转化，以形成TiCx结构。在CH 4中的反应性后处理导致高达98.2重量%的TiC0.90产品收率和由于与Ti到TiC的转化相关联的体积膨胀而在固结期间的净收缩减少。结果表明，反应结合与吉布斯自由能释放与TiC形成产生颗粒间的粘附在低炉加工温度。通过这种工艺粘合高度耐火材料的能力导致结构在热冲击测试期间无裂纹且抗断裂。广泛地说，所提出的增材制造方法可用于生产许多UHTC碳化物，否则这些碳化物可能与不包括反应合成的现行AM技术不兼容。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
MatSegNet: a New Boundary-aware Deep Learning Model for Accurate Carbide Precipitate Analysis in High-Strength Steels
Department of Mining and Materials Engineering, McGill University（麦吉尔大学采矿与材料工程系）；Department of Mechanical Engineering, McGill University（麦吉尔大学机械工程系）
MatSegNet通过深度学习模型实现高强钢中复杂轮廓碳化物的精确分割与定量分析，揭示LB和TM在碳化物特性上的相似性，挑战传统碳化物取向区分方法。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci cs.CV cs.LG
Phase diagram and superlattice structures of monolayer phosphorus carbide (P$_x$C$_{1-x}$)
采用第一性原理方法，结合集团展开和蒙特卡罗模拟，研究了二维碳化磷（P $_x$ C $_{1-x}$）的相稳定性和性质.发现单层P $_x$ C $_{1-x}$是一种相分离体系，这表明制备单层P $_x$ C $_{1-x}$或结晶P $_x$ C $_{1-x}$薄膜是困难的。然而，一个自底向上的设计方法是用来确定的稳定结构的P $_x$ C $_{1-x}$的各种组合物，原来是由交替的碳和磷纳米带沿扶手椅方向的超晶格。第一性原理计算的结果表明，这些结构一旦产生，它们是机械和化学稳定的。所有的有序结构被预测为半导体，带隙范围从0.2到1.2 eV。此外，单层P $_x$ C $_{1-x}$被预测为具有高的载流子迁移率，并在紫外区的高的光吸收，显示出红移的P：C比的增加。这些性质使得2D P $_x$ C $_{1-x}$成为在电子学和光电子学中应用的有前景的材料。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhanced Thermoelectric ZT in the Tails of the Fermi Distribution via Electron Filtering by Nanoinclusions -- Model Electron Transport in Nanocomposites
碳化硅纳米粒子的直径约为8 nm，具有窄的尺寸分布已被精细地混合掺杂的硅纳米粉末和烧结成散装样品，研究纳米夹杂物的电和热输运性能的影响。我们比较了样品的热电性能从0-5%的碳化硅体积分数。碳化硅纳米夹杂物导致热电品质因数ZT的显著改善，这主要是由于塞贝克系数的增强。半经典玻尔兹曼输运方程被用来模拟的塞贝克系数和电导率的电输运性质。理论分析证实了热电性能的增强与硅费米能级和碳化物导带边缘之间的偏移引起的电子的能量选择性散射是一致的。这项研究证明，精心设计的能量依赖的电子散射率可以提供一个途径，放松长期存在的限制，在热电材料的设计。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Effects of shear methods on shear strengths and deformation modes of two typical transition metal carbides and their unification"
本文指出 Li 等人关于 HfC 与 TaC 在简单剪切和纯剪切下力学行为的第一性原理研究存在连续介质力学根本缺陷，强调须采用有限/非线性变形理论。
2023-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Application-oriented strain-hardening engineering of high-manganese steels
高锰钢（HMnS）出色的机械性能是其高应变硬化性的结果。这是由动力回复的强烈抑制，主要的平面滑移，以及其他变形机制的激活，如相变诱导塑性（TRIP）和孪生诱导塑性（TSTK）。然而，取决于最终应用，对HMnS的机械性能的强烈不同的要求是相关的。为了针对特定应用设计HMnS，需要考虑允许预测最终机械性能的加工条件下的多尺度材料模拟，即基于集成计算材料工程（ICME）的应变硬化工程。在这项工作中，我们提出了一种方法，采用合金选择的堆垛层错能计算，这使得激活/抑制特定的变形机制。定制制造，例如通过热机械处理、剧烈塑性形变或增材制造，提供了在加工期间和之后利用应变硬化性来限定机械性能的可能性。将讨论合金和工艺设计的计算方法。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Quantum effects in two-dimensional silicon carbide
二维（2D）碳化硅是最近合成的一种新兴的直接带隙半导体，在电子器件和光电子学中具有潜在的应用。本文采用路径积分分子动力学（PIMD）方法，在25 ~ 1500 K温度范围内研究了这种二维材料中的核量子效应。原子间的相互作用模型的紧束缚哈密顿适合密度泛函计算。量子原子离域结合非谐振动模式的结构和热性能的变化，我们量化的PIMD结果与那些来自经典的分子动力学模拟，以及与那些由量子谐波近似的比较。原子核的量子效应在层面积和原子间距离等结构性质上是显著的。此外，我们考虑了SiC片的{ \em real}面积，该面积考虑了有限温度下的弯曲和波纹。在量子原子动力学的背景下，这个区域和面内区域之间的差异进行了讨论。弯曲常数（$κ= 1.0$ eV）和流体静力压缩的2D模量（$B_{xy}$ = 5.5 eV/eV $^2$）明显低于石墨烯的相应值。这项研究为更深入地了解2D SiC的弹性和力学性能铺平了道路。
2022-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Engineering Chemo-Mechanical Properties of Zn Surfaces via Alucone Coating
水溶液锌离子电池（AZIB）由于其高容量和低成本而成为下一代能量存储系统的有希望的候选者。尽管Zn阳极具有标称性能，但其倾向于快速发展枝晶和断裂，导致大量容量损失和循环稳定性失效。使用有机-无机杂化分子的良好控制的涂层非常有希望在不损害其性能的情况下显著改善其化学机械稳定性。我们在这里提出了一个关键的评估的化学和机械稳定性的铝涂层锌表面使用第一性原理模拟。负吸附能表明铝酮与所选Zn表面之间的结合强度很强。能量上有利的铝酮涂层进一步验证界面处的电荷转移，通过贝德电荷分析。铝硅涂层界面处的负表面应力分布是表面重构的主要原因。表面弹性常数的贡献取决于滑移面的选择和薄膜的厚度。考虑平面应力条件，我们计算的力学性能，这表明铝涂层的基础薄膜的延展性。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability and mechanism of compression of stoichiometric B13C2 up to 68 GPa
碳化硼是一种具有独特性能的陶瓷材料，广泛用于包括装甲在内的许多应用中。它的力学性能、压缩机理和稳定极限具有科学和实用价值。在这里，我们报告的行为的化学计量的碳化硼B13 C2研究单晶高达68 GPa。如通过同步加速器X射线衍射所揭示的，B13 C2保持其晶体结构并且不经历相变。准确测量的晶胞和B12二十面体体积作为压力的函数导致的结论是，它们减少类似的压缩后，这是典型的共价键合的固体。B13 C2的压缩行为与α-B、γ-B和B4 C的压缩行为的比较表明，它是由压缩过程中涉及的键合类型决定的。压缩时既没有检测到类似分子的固体行为，也没有检测到类似反分子的固体行为，从而结束了一个长期存在的科学争议。
2017-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic mechanical and optical response and negative Poissons ratio in Mo2C nanomembranes revealed by first-principles simulations
过渡金属碳化物包括具有吸引人的性质的各种各样的材料，其适用于许多不同的应用。最新的实验进展可以提供一个路径，成功地合成大面积和高品质的超导Mo2C膜。在本研究中，我们使用第一性原理密度泛函理论计算探索的机械和光学响应的单层和独立的Mo2C。沿扶手椅和锯齿形方向的单轴拉伸模拟进行，我们发现，而弹性性能是接近沿各个加载方向，应力-应变曲线的非线性制度有很大的不同。我们发现，Mo2C片呈现负泊松比，因此可以归类为拉胀材料。我们的模拟还表明，Mo_2C薄膜保持其金属的电子特性后，单轴加载。我们发现，对于Mo2C纳米膜的介电函数变得各向异性沿面内和面外方向。我们的研究结果可能是有用的Mo2C片在纳米器件的实际应用。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid organic-inorganic two-dimensional metal carbide MXenes with amido- and imido-terminated surfaces
本研究开发了一类新型混合MXenes(h-MXenes)，其有机和无机部分通过氨基和亚氨基键合连接，结合了配位化学与表面科学概念，展现出有机-无机组分相干耦合及优异的抗水解稳定性。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The Impact of Anionic Vacancies on the Mechanical Properties of NbC and NbN: An ab initio Study
超硬材料的发展最近集中在含有重过渡金属和轻主族元素的系统上。铌的碳化物和氮化物以前已被确定为潜在的候选者，然而，在合成过程中碳和氮的挥发性使它们易于形成阴离子空位，其具有改变电子结构、动力学稳定性和不利地影响机械性能的能力。在这里，我们提出了从头计算密度泛函理论计算，探测阴离子空位的发生作为浓度的函数，此后，相关的机械性能进行了研究。我们的研究结果表明，在NbC和NbN中的阴离子空位的存在下，往往会恶化的机械性能，并最终的机械硬度由于空位软化，可以归因于缺陷诱导的共价键到金属键的过渡。此外，据观察，NbC中的阴离子空位倾向于改变其韧性，特别是，ZB中的NbC变得脆，而WZ中的NbC在高达6%的C空位的存在下变得延性。另一方面，NbN的韧性被发现是不敏感的缺陷浓度，甚至高达8%。因此，在NbC和NbN的合成过程中严格控制阴离子缺陷对于实现所需的机械响应是至关重要的，所述机械响应可以使这些材料理想地用于超硬和相关应用。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent mechanical properties of ZrC and HfC from first principles
为了深入了解高温对ZrC和HfC力学性能的影响，采用两种不同的方法（第一性原理准谐近似和第一性原理准静态近似）系统地研究了这两种碳化物的弹性常数随温度的变化.随着温度的升高，ZrC和HfC的等熵C $_{11}$逐渐减小，等熵C $_{12}$略有增加。而ZrC和HfC的等熵C $_{44}$对温度不敏感。在ZrC和HfC的情况下，从QHA计算的温度依赖性C $_{11}$的下降比从QSA更明显。温度对弹性模量，泊松比，弹性各向异性，硬度和断裂韧性的影响进行了进一步探讨和讨论。结果表明，在高温下，由QHA估算的B、G和E的降解比由QSA估算的降解严重。从室温到2500 K，理论上的下降斜率（来自QHA）为0.38 GPa $\cdot$ K $^{-1}$，0.30 GPa $\cdot$ K $^{-1}$，和0.32 GPa的$\cdot$ K $^{-1}$的ZrC和0.33 GPa的$\cdot$ K $^{-1}$，0.29 GPa $\cdot$ K $^{-1}$，对于HfC，为0.30 GPa的$\cdot$ K $^{-1}$。
2020-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-Induced Quantum Properties in 2D Silicon Carbide: Atomistic insights from semi-local and hybrid DFT calculations
本研究通过DFT计算揭示单层碳化硅中硅与碳空位在电子结构、磁性、迁移及光学响应上的互补特性，为二维材料缺陷工程提供理论框架。
2025-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of lateral transition metal dichalcogenide heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜由于其特殊的结构、电子和力学性质而引起人们的广泛关注。它们的横向异质结构的形成允许在工程电子和光电子器件中具有新的灵活性。然而，横向异质结构的机械性能很少被研究。本文采用密度泛函理论（DFT）计算方法，对不同TMD单分子膜（包括二硫化钼（MoS 2）、二硒化钼（MoSe 2）、二硫化钨（WS 2）和二硒化钨（WSe 2））的1H、1 T '和1H/1 T'异质结构相的力学特性进行了比较研究。我们的研究结果表明，横向异质结构有一个相对较弱的机械强度为所有的TMD单分子膜。TMD单分子膜的力学性能与其结构相之间的显著相关性可用于调节材料的刚度。因此，我们的研究结果，提出了一种新的策略来操纵的机械特性的TMD工程的结构相，为他们的实际应用。
2020-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism tailored by mechanical strain engineering in PrVO$_3$ thin films
具有ABO $_3$钙钛矿结构的过渡金属氧化物表现出强烈的纠缠结构和电子自由度，因此，人们期望通过各种外部刺激作用于晶格来揭示奇异的相和性质。以Jahn-Teller活性钒酸盐PrPDMATHABMN V $^{3+}$ O $_3$化合物为模型体系，研究了PrVO $_3$ Néel温度T $_N$作为薄膜生长时相对于体相可提高40 K.使用先进的实验技术，这种增强是明确归因于所经历的薄膜的外延压缩应变所产生的四方性。第一性原理模拟不仅证实了实验结果，但他们也揭示了应变促进了前所未有的轨道有序的V $^{3+}$ d电子，强烈有利于反铁磁相互作用。这些结果表明，准确控制结构方面是揭示氧化物中意外相的关键。
2019-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Carbon in Severe Plastically Deformed Metals
在过去的几十年中，严重的塑性形变技术已经获得了越来越多的关注，因为它们允许生产具有优异的机械和功能特性的块状纳米结构材料。然而，由于机械引起的晶界迁移，可实现的晶粒尺寸减小不是无限的，而是一旦施加了足够的应变就趋于停滞。因此，添加溶质元素或第二相粒子提供了获得真正的纳米晶制度的可能性。由于其低溶解度和高迁移率，间隙元素在抑制边界迁移方面非常有效。本文综述了碳对晶粒细化和力学性能的影响。由于碳不仅可以作为石墨添加，而且还可以以其他形式或作为同素异形体（如纳米管、纳米金刚石或碳化物）引入，因此与其相关的各自优点和问题是讨论的中心。与所使用的策略无关，可以获得用其他合金元素难以达到的强度水平。此外，由于碳对晶界内聚力没有负面影响，尽管强度水平很高，但延展性和韧性也可以广泛保持。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Identification and Prediction of Photoplasticity in Semiconductors Using Feature Engineering and Machine learning
Department of Materials Science and Engineering, University of Toronto（多伦多大学材料科学与工程系）
本文通过高通量纳米压痕测量和物理信息描述符工程，识别出十个关键特征，建立可解释的机器学习框架，为光调控半导体力学提供可转移的设计规则。
2026-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Functionalization-induced Crossover in the Tensile Properties of thinnest 2D Ti2C MXene
过渡金属碳化物/氮化物（MXenes）是一种新开发的二维（2D）材料，具有技术上坚固的性能，可以通过平面表面功能化进行微调。在本文中，氧（O-）官能化对最薄的2D Ti 2C MXene的拉伸机械特性的关键作用通过基于第一性原理的ReaxFF力场的分子动力学（MD）模拟来探索。结果表明，Ti_2C板材具有独特的拉伸力学行为，并随O-官能化含量和拉伸方向的不同而显著变化。在两个加载方向上，杨氏模量、破坏强度和破坏应变存在明显的交叉。有趣的是，在扶手椅定向载荷下，在Ti_2C区发生1 T到1 T '相的结构转变，这在许多过渡金属二硫属化物中已经观察到。然而，在Z字形方向的应变，两个不同的结构转变发生在原始的和完全O-官能化的Ti 2C片，分别。当载荷被移除时，这三种结构转变是可逆的，并且通过键构型的分析来严格理解它们。该研究为功能化MXene的力学行为和结构转变提供了重要的见解。
2020-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Reversible local strain engineering of $\mathrm{WS}_2$ using a micro-mechanical spring
本文提出利用微机械弹簧对悬浮三层二硫化钨进行动态可逆的局部应变工程，通过纳米压痕实现可编程应变分布，为二维材料应变研究提供多功能平台。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
