过渡金属轻元素化合物的高温高压制备

作者：由存; 赵巍; 王欣; 董书山; 陶强^*; 朱品文

来源：人工晶体学报, 2022, 51(05): 881-892.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20220428.005

• 过渡金属轻元素化合物
• 过渡金属硼化物
• 过渡金属碳化物
• 过渡金属氮化物
• 高温高压
• 晶体生长
• 大腔体压机
• 高熔点

过渡金属轻元素化合物(TMLEs)由于具备高硬度，高熔点，优异电学、磁学、超导等性质受到广泛关注，是一类具有优异力学性能的功能性材料。优异力学性能与功能性的结合使TMLEs成为极端环境下使用的特种材料。然而，TMLEs的制备往往需要高温高压(HPHT)极端实验条件来克服能垒。目前，已经有了大量HPHT制备TMLEs的报道，然而，多数只关注产物的性质，对在HPHT下TMLEs的生长机制报道较少。因此，总结HPHT制备的TMLEs，分析TMLEs的晶体生长过程，对理解TMLEs的晶体生长机理、探究新型TMLEs的制备具有重要意义。结合本课题组研究经验及其他相关文献，总结了HPHT方法制备的过渡金属硼化物(TMBs)、碳化物(TMCs)和氮化物(TMNs)的晶体生长情况，分别从起始原料、温压条件、晶体形貌等方面分析了TMLEs的生长机制。总结如下:通过原料配比和温度控制是制备TMBs单一相的关键，提出硼亚结构单元是使TMBs形成台阶式生长模式的本质因素，碳源和氮源的选择决定了TMCs和TMNs的生长机制。同时提出，缺少利用HPHT制备TMLEs毫米级单晶的报道，限制了TMLEs部分本征的性质探究;并且，新型高轻元素含量的TMLEs结构依然有待开发。随着人类对材料的要求越来越苛刻，以及TMLEs的不断发展，TMLEs将在未来特种材料领域具有不可替代的地位。

• 单位
  超硬材料国家重点实验室