【摘 要】
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过渡金属硼化物具有优异的热稳定性、化学惰性、抗压缩性以及高硬特性,是新型超硬材料的理想候选体系。在过渡金属硼化物家族中,四硼化钨因其高硬度、低成本和温和的合成条件而受到强烈关注。然而,其晶体结构的长期未知和异议,阻碍了对该系列化合物力学机理的认知和设计思路的更新。当前发现和设计新型超硬材料仍需努力。因此,基于第一性原理计算方法,对过渡金属硼化物晶体结构,以及物理性质进行了系统研究,取得了如下创新性
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过渡金属硼化物具有优异的热稳定性、化学惰性、抗压缩性以及高硬特性,是新型超硬材料的理想候选体系。在过渡金属硼化物家族中,四硼化钨因其高硬度、低成本和温和的合成条件而受到强烈关注。然而,其晶体结构的长期未知和异议,阻碍了对该系列化合物力学机理的认知和设计思路的更新。当前发现和设计新型超硬材料仍需努力。因此,基于第一性原理计算方法,对过渡金属硼化物晶体结构,以及物理性质进行了系统研究,取得了如下创新性结果:（1）通过引入随机空穴,以及采用“硼三聚体”为结构单元替换特定原子的方式,设计出单胞包含104个原子、与此前实验表征信息吻合的钨最高硼化物(WB4.2)的晶体结构,拓展了CALYPSO结构预测方法的功能模块。（2）基于如上方法,构建了具有硼三聚体的MoB4.2以及三元W1-xMo)xB4.2结构,预言过渡金属W与Mo的比例与化合物的力学性质遵循Vegard定律,为多元超硬材料的结构设计提供了知识储备。（3）构建了三元ScxTa1-xB2的能量组分凸包图,系统评估了系列热力学稳定相的晶格动力学、电子性质和力学性质。结果显示,Sc0.5Ta0.5B2的理想剪切强度高于40 GPa,是潜在的新型超硬材料。
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