压力对高熵碳化物结构及性质的调节

高熵这一概念最早是在2004年由Cantor和叶均蔚两个团队提出。高熵可以成为近几年研究热点由于其新奇的四大高熵效应：热力学的高熵效应，结构的晶格畸变效应，动力学的迟滞扩散效应，性能上的“鸡尾酒效应”。高熵过渡金属碳化物作为一种新型的超高温陶瓷，其在极端条件下的稳定性是其应用的重要问题。目前对于高熵碳化物在高压下结构与性质的研究几乎空白。因此高熵碳化物在高压下结构的稳定性以及压力对其力学性能调控值得深入的探索。

最近，四川大学原子与分子物理研究所高压科学与技术实验室彭放教授指导的博士研究生管诗雪，通过高温高压合成得到了纳米级高熵碳化物(Ti,Zr,Nb,Mo,Ta)C，同时，它也被证明在极端的操作环境中是稳定的。采用原位同步辐射X射线衍射仪(XRD)研究了在50.2和34.8 GPa的静水和非静水压缩条件下，面心立方结构 (B1 phase) (Ti,Zr,Nb,Mo,Ta)C 过渡金属高熵碳化物的原子结构演变和力学响应。用三阶和二阶Birch-Murnaghan状态方程拟合的压力-体积实验数据表明，体积模量K0分别为311(4) GPa和332(2) GPa，大于单个金属碳化物的体积模量平均值(~20和30%)。在非静水压实验条件下，观察到高熵相(Ti,Zr,Nb,Mo,Ta)C存在立方相到立方相的等结构相变，对高熵碳化物体积随压力的变化进行分析，发现从一相到二相发生了体积变化为1.5%的体积塌缩，我们认为这是由于不均匀应力作用，在低压下体积坍塌而发生一级相变。因此，我们在极端条件下对过渡金属高熵碳化物的研究，可以使其成为在极端条件下具有吸引力的技术应用候选材料。该研究成果已经发表在自然指数(Nature Index)期刊“Inorganic Chemistry”上。
论文来源：“Synthesis and Phase Stability of the High-Entropy Carbide (Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Mo0.2)C under Extreme Conditions,” by Shixue Guan, Hao Liang, Cong Fan, Qingming Wang, Lijie Tan and Fang Peng, Inorganic Chemistry, 2021, 60, 3807−3813.
The article can be accessed at https://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c03319.