晶面断裂能及晶体断裂机理：以锆石为例

作者：何建勇; 吴云霞; 孙伟; 高志勇

来源：中国有色金属学报, 2021, 1-17.

• 锆石
• 晶面断裂能
• 断裂键密度
• 表面反应性

探索矿物晶体断裂及晶面暴露机制，对于精准调控矿物表面性质具有重要指导意义。作者前期提出的断裂键密度D_(b)法，可准确解析具有一种类型断裂键的矿物/材料晶体的断裂机制。然而，对于具有两种及以上类型断裂键的晶体，需要探索新方法。本文以具有三种类型断裂键的锆石晶体为例，采用第一性原理计算与Bader电荷分析，提出基于键级权重的晶面断裂能(S_(c))方法，快速评估锆石沿各晶面断裂的难易度，揭示晶面暴露规律。晶体化学键键能计算分析表明，锆石晶体中各化学键键能大小为Si-O(6.00eV)>Zr-O_(α)(2.87eV)>Zr-O_(β)(1.60eV)。晶面断裂能Sc计算表明，锆石晶体沿(200)面最易断裂，因此(200)面最易暴露。此外，Sc与表面能有良好相关性，在一定条件下，晶面断裂能Sc可用于快速评价晶面稳定性和反应性。

• 单位
  中南大学; 生物工程学院