莫斯科物理和技术研究所 最高硼化钼晶体中的原子排列
里布科夫斯基，J
物理评论快报
化学
拉脱维亚人
在寻找新的超硬化合物的过程中，研究人员对稳定的钼硼化物及其晶体结构进行了预测
他们发现最高的硼化物每一个钼原子含有4到5个硼原子
MoB5的维氏硬度估计为37至39 GPa，这使得它成为一种潜在的超硬材料
这项研究发表在《物理化学快报》杂志上
此前，由斯科特和MIPT大学的阿尔特姆·欧加诺夫教授领导的一组研究人员在《应用物理学杂志》上发表了一项研究，他们在研究中汇编了一份可能具有工业应用价值的硬质和超硬材料清单
这个列表是使用进化算法USPEX和维氏硬度(在材料中留下金字塔形压痕所需的压力)和断裂韧性(材料抵抗断裂扩展的能力)的新模型制作的，被其作者称为实验者的“宝藏图”
在这篇新论文中，来自莫斯科物理和技术研究所的科学家
M
俄罗斯国立研究医科大学普罗霍罗夫普通物理研究所和西北工业大学(中国西安)研究了地图上的钼硼化物区域
过渡金属硼化物在技术应用中是传统硬质合金和超硬材料的潜在替代品
与广泛使用的金刚石和立方氮化硼不同，过渡金属硼化物的合成不需要高压，因此生产成本更低
“藏宝图”上的硬超硬材料
符号的水平位置反映其抗断裂性，垂直位置反映其维氏硬度
黑色符号代表已知材料，蓝色符号代表新材料；红色标记的符号表示在环境条件下稳定的材料
克瓦斯宁，应用物理学杂志 金属原子的高价电子密度由于电子相互排斥而抵抗压缩，共价硼-硼和硼-金属键抵抗弹性和塑性变形
“模拟的x光衍射图通常与实验中建议的相比较，以确定预测的结构是否与实验相一致
然而，考虑到过渡金属硼化物，例如钼硼化物，XRD图案将仅显示来自较重原子的信号，而轻硼原子的位置将基本上不可见
这就是为什么仅仅基于实验数据的晶体结构模型常常是不现实和不稳定的
因此，确定晶体结构的综合方法需要最先进的理论计算，”作者之一、斯科勒奇和MIPT的高级研究员亚历山大·克瓦什宁说
五硼化钼MoB5是稳定的最高硼化物，但模拟的XRD图谱与实验数据接近但不一致
预测的五硼化物具有一些在实验中没有观察到的弱峰
这暗示了实验样品中更高的对称性
这种新化合物的关键结构元素是排列在石墨烯状层、钼层和硼原子三角形中的硼原子
硼和钼原子以交替层排列，一些钼原子被均匀分布在晶体体积中的B3三角形取代
使用USPEX算法获得的各种硼化钼晶体结构
里布科夫斯基，J
物理评论快报
化学
拉脱维亚人
“我们做了一个假设，最高硼化物的结构是无序的，硼三角形在统计上取代了钼原子
为了证明这一点，我们开发了一个晶格模型，使我们能够定义控制硼单元如何定位以获得最低能量的规则，”斯科勒奇和阿的研究员德米特里·雷布科夫斯基说
M
普罗霍罗夫普通物理研究所和该著作的第一作者
对钼原子和硼三角形位置的强力搜索，取样不同的变量，揭示了与稳定性有关的模式
稳定相每一个金属原子包含4到5个硼原子，以及MoB4
7是这类化合物中最稳定的，并且与实验的XRD图谱最匹配
“这项研究是理论和实验相互作用的一个有趣的例子
理论预测一种化合物会表现出特殊的性质和新的结构，但实验表明实际材料更复杂，其结构是部分无序的
基于这些发现，我们形成的理论使我们能够重现所有的实验观察，并理解这种材料的确切组成和结构，以及它的详细性质
特别是，计算出的硬度接近超硬材料的范围，”斯科尔特奇和MIPT大学的教授、作者团队的领导者阿特姆·欧加诺夫说
超硬材料有广泛的工业应用，如机床制造、珠宝或采矿
它们用于切割、抛光、研磨、钻孔，因此寻找新的超硬化合物是一项重要的任务
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