基于新元素和新多层结构的MAX相陶瓷材料研究进展

由于独特的层状结构和原子间特殊的化学键合,MAX相陶瓷材料(化学式为M_n+1AX_n)兼具金属和陶瓷材料的优异性能,在很多领域具有广泛的应用前景,自20世纪60年代问世以来就一直备受关注。至今已经发现了100多种MAX相陶瓷材料,其中包括80余种单相以及一系列固溶体。传统的MAX相局限于一定的元素范围和若干M₆X层与单A原子层交替堆垛的结构。最近含有Au、Ir、Cu、Zn等新元素的MAX相材料的成功合成大大丰富了MAX相家族,多A层和多MA层结构MAX相的发现也打开了新型MAX相研究的一扇大门。随着理论计算的发展和实验条件的进步,越来越多的新型MAX相陶瓷材料逐渐出现在人们的视野中。本文综述了基于新元素和新多层结构的MAX相的国内外实验合成和理论研究进展,并指出了后续研究需要克服的问题,最后对新型MAX相的研究方向和发展趋势进行了预测和展望。     

Structural and Thermodynamic Properties of TiAl intermetallics under High Pressure

The structural and thermodynamic properties of TiAl intermetallics under high pressure have been investigated by ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method.It is found that the ratio of lattice parameter c to a keeps almost constant with a value of 1.02 under the pressure from 0 to 20 GPa,which agrees well with the experimental results.With the pressure increasing from 20 to 45 GPa the values of c/a decrease almost linearly from 1.02 to 0.99.These calculated results indicate under low pressure the variation rate for a-axis is almost the same to that for c-axis,but under higher pressure the variation for a-axis is smaller than along c-axis.Through the quasi-harmonic Debye model,the equation of state(EOS) of TiAl intermetallics,as well as the thermal expansion and heat capacity at various pressures and temperatures are also studied.     

新型二维碳化物晶体储锂性能的理论研究

MXenes是一类新型的二维金属碳化物或碳氮化物.本文使用密度泛函理论,分别研究了其中Ti₂C、Nb₂C和V₂C的结构与储锂性能,以及表面氟(F)官能团对其结构和储锂性能的影响.吸附能、态密度和电荷布居的计算结果表明:该二维晶体表面可以吸附双层锂原子. Ti₂C、V₂C和Nb₂C最高储Li的理论比容量分别为995.04、941.31、541.93 mAh·g^-1.此外, F官能团可以有效提高这三种二维晶体锂化结构的稳定性与导电性.     

新型二维晶体MXene的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,化学式为Mn+1Xn,M代表过渡金属,X代表碳或者氮,n=1、2、3.目前制备的MXene表面均附有官能团,因此也常用Mn+1XnTx来表示其化学式.研究发现,MXene具有良好的导电性、透光性、磁性、低温热电性和能量存储等诸多新颖的性能.本文通过总结MXene结构和性能等方面最新的实验和理论研究成果,分析了该体系目前存在的问题,预测了其可能的应用领域和未来的发展方向.