稀土硅酸盐是目前用作燃气涡轮发动机热段部件的SiC基陶瓷基复合材料的环境屏障涂层的标准材料。将设计空间扩展到所有可用的稀土元素以便于优化功能需要理解$RE_2$ Si $_2$ O $_7$性质的系统趋势。在这项工作中，我们结合第一性原理计算与实验测量的杨氏模量，热膨胀系数，和热导率的范围内不同的$RE_2$硅$_2$ O $_7$组合物和阶段。在这些性能中观察到明显的趋势作为稀土阳离子半径的函数。在杨氏模量和热膨胀的情况下，这些趋势也适用于多组分系统;而多组分系统的热导率明显较低，表明这种材料也有可能充当热障。这些结果为开发新的隔热和环境屏障涂层提供了设计规则，这些涂层的刚度和热膨胀设计为与基材的刚度和热膨胀相匹配，同时具有降低的热导率。
英文摘要：
Rare-earth silicates are the current standard material for use as environmental barrier coatings for SiC-based ceramic matrix composites as hot-section components in gas-turbine engines. Expanding the design space to all available rare-earth elements to facilitate optimizing functionality requires an understanding of systematic trends in $RE_2$Si$_2$O$_7$ properties. In this work, we combine first-principles calculations with experimental measurements of Young's modulus, coefficient of thermal expansion, and thermal conductivity for a range of different $RE_2$Si$_2$O$_7$ compositions and phases. Clear trends are observed in these properties as a function of the radius of the rare-earth cation. In the case of Young's modulus and thermal expansion, these trends also hold for multi-component systems; while the thermal conductivity of multi-component systems is noticeably lower, indicating the potential of such materials to also act as thermal barriers. These results provide design rules for developing new thermal and environmental barrier coatings with stiffness and thermal expansion engineered to match that of the substrate, while simultaneously having reduced thermal conductivity.
Optical floating zone crystal growth of rare-earth disilicates, $R\mathbf{_{2}}$Si$\mathbf{_{2}}$O$\mathbf{_{7}}$ ($R=$ Er, Ho, and Tm)
在稀土二硅酸盐化合物中看到的丰富的结构相预示着同样丰富的有趣的磁性。我们报告了通过光学浮区法生长稀土二硅酸盐家族成员$R_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$（含$R=$ Er、Ho和Tm）的晶体生长。通过系统的研究，我们优化了Er $_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$的生长条件。我们首次用浮区法生长了Ho $_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$和Tm $_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$化合物的晶棒。我们发现，在多晶和单晶样品的合成中遇到的困难是由于不同的稀土硅酸盐化合物的$R$-Si-O系统的温度-组成相图中的相似的热稳定性范围。添加少量过量的SiO $_{2}$使得粉末样品中存在的杂质相的量最小化。对所生长的晶锭收集的粉末X射线衍射数据的相组成分析表明，它们是单相的，除了在二硅酸钍的情况下，其由两相组成。所有的生长都导致了多晶粒的晶锭，从中可以分离出相当大的单晶。报道了多晶和单晶$R_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$材料的合成和晶体生长的最佳条件。铒和铥二硅酸盐化合物的比热测量证实了反铁磁相变低于$T_{\mathrm{N}}=$ 1.8 K的D型Er $_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$和肖特基异常中心约3.5 K的C型Tm $_{2}$ Si $_{2}$ O $_{7}$，表明开始的短程磁关联…
Elastic and electronic properties of hexagonal rhenium sub-nitrides Re3N and Re2N in comparison with hcp-Re and wurtzite-like rhenium mononitride ReN
最近，两个新的六方晶系亚氮化物Re 3 N和Re 2N，它们属于已知的4d，5d重金属的富金属（M/N > 1）氮化物的相当罕见的组，已经被成功地合成，并且它们作为超不可压缩材料的潜在的技术应用已经被提出。在这项工作中，我们提出了一个详细的从头算研究的新的六方亚氮化物相比，六方Re和纤锌矿状的六方单氮化物ReN，与这些六方系统的弹性，电子性能和化学键的Re/N的化学计量比的函数的趋势进行评估：Re \rightarrow Re 3 N \rightarrow Re 2 N \rightarrow Re N。
