В поисках новых сверхтвердых соединений исследователи провели прогноз стабильных боридов молибдена и их кристаллических структур. Они обнаружили, что высшие бориды содержат от четырех до пяти атомов бора на каждый атом молибдена. Расчетная твердость по Виккерсу MoB5 составляет 37 к 39 ГПа, что делает его потенциальным сверхтвердым материалом. Исследование было опубликовано в Журнале Physical Chemistry Letters .
Ранее группу исследователей возглавлял профессор Артем Оганов, профессор в Сколтехе и МФТИ опубликовали исследование в журнале прикладной физики , в котором они составили список твердых и сверхтвердых материалов это может иметь полезное промышленное применение. Этот список, составленный с использованием эволюционного алгоритма USPEX и новой модели твердости по Виккерсу (давление, необходимое для того, чтобы оставить в материале углубление в форме пирамиды) и вязкости разрушения (способность материала противостоять распространению разрушения), был назван «сокровищем» карта»для экспериментаторов ее авторами.
В новой статье ученые из Сколтех Московского института Физико-технический институт им. А.М. Прохорова РАН, Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова и Северо-Западный политехнический университет (Сиань, КНР) изучили область боридов молибдена на карте. Бориды переходных металлов являются потенциальной заменой традиционных твердых сплавов и сверхтвердых материалов в технологических применениях. В отличие от широко используемого алмаза и кубического нитрида бора, бориды переходных металлов не требуют высокого давления для их синтеза, что делает их производство более дешевым.
«Мы выдвинули гипотезу о том, что структура самый высокий борид неупорядочен, и треугольники бора статистически заменяют атомы молибдена. Чтобы доказать это, мы разработали решеточную модель, которая позволила нам определить правила, определяющие, как бора должны позиционироваться, чтобы достичь наименьшей энергии», – говорит Дмитрий Рыбковский, научный сотрудник Сколтех и Института общей физики им. А.М. Прохорова и Первый автор работы.
Брутфорс поиск позиций атомов молибдена и бора треугольники, пробуя различные варианты, выявили закономерности, связанные со стабильностью. Стабильные фазы содержат от четырех до пяти атомов бора на один атом металла и MoB 4.7 является наиболее стабильным из таких соединений и дает лучшее соответствие экспериментальной рентгенограмме.
«Это исследование является интересным примером взаимодействия теории и эксперимента. Теория предсказала соединение, которое демонстрирует специфические свойства и новую структуру, но эксперимент предположил, что фактический материал является более сложным, и его структура частично разупорядочена. Теория, которую мы сформулировали на основе этих результатов, позволила нам воспроизвести все экспериментальные наблюдения и понять точный состав и структуру этого материала, а также его подробные свойства. В частности, расчетная твердость близка к диапазону сверхтвердых материалов», – сказал Артем Оганов, профессор Сколтех и МФТИ и руководитель группы авторов.
Сверхтвердые материалы имеют широкий спектр промышленного применения, например, в станкостроении, ювелирном деле или в горнодобывающей промышленности. Они используются для резки, полировки, шлифования, сверления, поэтому поиск новых сверхтвердых соединений является важной задачей.
Александр Григорьевич Квашнин и др. Вычислительные открытия твердых и сверхтвердых материалов, Журнал прикладной физики (2019). DOI: 10. 1063 / 1. 5109782