【摘 要】
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在MAX相大家族中,主族元素为As或P的MAX相,亦称As/P基MAX相具有着突出的弹性力学性能。该系列材料中,包含了早期人们所发现的Nb2As C、Nb2PC等211相,以及近期所发现的分子式为M3A2X（321相）含有双层三棱柱MA层的新型MAX相,包括Nb3As2C、Nb3P2C等四个新物相。而传统的MAX相的晶体结构是由单层的MA三棱柱层和n层的MX八面体层交替堆垛而成的。As/P基MAX
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在MAX相大家族中,主族元素为As或P的MAX相,亦称As/P基MAX相具有着突出的弹性力学性能。该系列材料中,包含了早期人们所发现的Nb2As C、Nb2PC等211相,以及近期所发现的分子式为M3A2X（321相）含有双层三棱柱MA层的新型MAX相,包括Nb3As2C、Nb3P2C等四个新物相。而传统的MAX相的晶体结构是由单层的MA三棱柱层和n层的MX八面体层交替堆垛而成的。As/P基MAX具有强M-A键合以及321相中独特的双层MA三棱柱层结构,因而在MAX相中显得尤为特别。然而,到目前为止,321相中仅Nb3As2C为纯相,其他M3A2X相的纯度不足50-60%,另外对于As/P基211相的制备也欠缺系统性的研究。这阻碍了人们进一步研究该系列材料的本征物性及其应用前景。本论文中,采用了固相烧结法和熔盐法制备As/P基MAX相,同时优化烧结温度、保温时间等工艺参数,探索该系列物相的纯相制备工艺。通过固相烧结可制备得到Nb3As2C、Nb2As C的纯相。通过熔盐法制备得到Nb3P2C纯相,且可得到相含量为75%以上的Nb2PC样品,相比于固相法仅30%的相含量有极大的提升。该系列结果证实固相法与熔盐法分别适用于As基和P基MAX相,并提供了最佳合成工艺。通过第一性原理的计算和实验分析,探索Nb3P2C的成相规律与反应机理。本文考虑了以下三条化学反应路径,路径1:2Nb P+Nb+C→Nb3P2C;路径2:2Nb P+Nb C→Nb3P2C;路径3:Nb2PC+Nb P→Nb3P2C。第一性原理计算表明,三条路径都是热力学可行的,其中路径1远优于其他路径,这与实验结果相吻合。通过不同路径的熔盐法与固相法制备产物对比,发现熔盐法可以有效提升三条反应路径的物相纯度,尤其是路径3,从而揭示了熔盐法可合成高纯P基MAX相的内在原因与优势所在。通过第一性原理计算以及多方面的物性表征,对Nb3P2C和Nb3As2C的本征物理性质及其电子结构特征进行了表征分析。电子结构计算揭示了其具有开放轨道的费米面形貌特征,该费米面特征被所观测到的线性磁电阻行为佐证。通过霍尔效应以及塞贝克效应证实其中电子型载流子在电输运方面起主导作用。另外,本文观测到了321相中的弱热电效应、居里外斯顺磁性和抗磁性的共存、相对适中的硬度（6.21-7.77 GPa）等本征物理性质。该系列本征物理性质为后续321相的研究和应用提供了良好的基础条件。
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