Sc、Ti、V、Zr掺杂Cr2B3高压力学性质的第一性原理计算

作者：张畅; 孙小伟^*; 宋婷; 田俊红; 刘子江

来源：高压物理学报, 2022, 36(04): 3-14.

• Cr2B3
• 掺杂
• 弹性常数
• 硬度
• 高压

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了掺杂Sc、Ti、V和Zr的Cr2B3在零压下的晶体结构和电子结构及其在0～150 GPa压力范围内的弹性常数和维氏硬度。结果表明：Cr2B3及其掺杂化合物均具备力学稳定性；在零压下，添加Sc、Ti、V和Zr元素均可提高Cr2B3的维氏硬度，其中Ti掺杂Cr2B3的硬度由26.3 GPa提高至40.2 GPa，提高52.9%，达到超硬材料标准，且Ti和V掺杂Cr2B3的剪切模量分别提高14.3%和16.2%，杨氏模量分别提高8.2%和12.0%；由电子结构分析可知，Sc、Ti、V和Zr元素可以加强B与B之间的电子局域化程度，从而增强共价键结合强度，使Cr2B3的硬度升高；Cr2B3的弹性常数、体积弹性模量、剪切模量、杨氏模量以及硬度随着压力的增加而增加，但其硬度仍较低，150 GPa下仅为28.3 GPa，而掺杂V的Cr2B3的硬度在整个压力范围内约为37 GPa。研究结果可为Cr2B3在高压等特殊条件下的应用提供理论参考。

• 单位
  数理学院; 兰州交通大学