行业新闻

亚稳超硬材料的相变研究取得进展

摘要 近期,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国度研究中心材料构造与缺陷研究部陈春林研究员、马秀良研究员、叶恒强院士与东京大学YuichiIkuhara传授、NIMS谷口尚传授等人合作,利...

       近期,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国度研究中心材料构造与缺陷研究部陈春林研究员、马秀良研究员、叶恒强院士与东京大学Yuichi Ikuhara传授、NIMS谷口尚传授等人合作,使用像差校正电子显微术在原子标准上研究了纤锌矿型氮化硼中的缺陷构造及其对材料相变的影响,发现材估中的三维缺陷收集可显著提高该亚稳超硬材料的不乱性,冲破了人们对材料缺陷与相变关系的传统熟悉。相关功效于5月17日在《美国国度科学院院刊》(PNAS)上在线揭橥。

  纤锌矿型氮化硼是硬度接近于金刚石的超硬材料,有望在很多应用范畴中替代金刚石。此外,纤锌矿型氮化硼照旧一种很有前景的宽带半导体,具有比氮化镓更宽的能隙、更高的导热性等长处,有望在高机能电子器件中获得应用。然而,纤锌矿型氮化硼是一种高压亚稳相,在常压下极易改变为六角氮化硼(具有近似于石墨的构造),凡是仅能经由冲击波压缩法制备微米尺寸的纤锌矿型氮化硼。若何制备较大尺寸的纤锌矿型氮化硼并使其在常温常压下连结不乱是个具有挑战性的问题,相关机理尚不清楚。

  研究团队经由高温高压处理六角氮化硼单晶的方式制备了毫米尺寸的纤锌矿型氮化硼晶体,并行使扫描透射电子显微术与第一性道理较量相连系的方式系统地研究了纤锌矿型氮化硼中的缺陷构造及其对材料相变的影响。电子显微学研究发现纤锌矿型氮化硼中基面上的层错与棱柱面上的倒反畴界订交在一路从而形成一个三维缺陷收集。该缺陷收集将氮化硼晶体朋分为平均尺寸约十几纳米的棱柱体,相邻的棱柱体具有相反的晶体极性。层错与倒反畴界订交形成了数量浩繁的“层错-倒反畴界结”,交叉点的焦点构造包含一个夹杂型不全位错。第一性道理争论表明三维缺陷收集可显著按捺锌矿型氮化硼向六角氮化硼的相变,极大地提高了材料的不乱性。传统相变理论认为材猜中的构造缺陷具有较高的能量、易于偏析杂质原子,平常是材料相变的易形核位置,会促进相变的发生。本研究发现的三维缺陷收集对材料相变的显著按捺感化,冲破了人们对材料缺陷与相变关系的传统熟悉。

  该项研究获得了中国科学院前沿科学重点研究项目、国度天然科学基金与国度青年千人规划等项目的帮助。

052113.png

图1、操纵六角氮化硼(h-BN)高温高压前提下相变的方式制备的纤锌矿型氮化硼(w-BN)晶体。 (A)高质量六角氮化硼单晶,(B) 合成的纤锌矿型氮化硼晶体为黑色,(C) 晶体相变前后的X射线衍射图; (D) 纤锌矿型氮化硼的拉曼光谱。

052114.png

图2、纤锌矿型氮化硼的显微构造。(A,B)沿[-2110]晶带轴的TEM明场像(a)和响应的选区电子衍射(b)。材估中形成了(0001)界面上的层错(ISF)和(01-10)棱柱面上的倒反畴界(IDB)构成的两类平面缺陷。红色虚线暗示晶界。(C,D)沿[0-110]晶带轴的TEM明场像(C)和响应的选区电子衍射(D)。从中可在在(-2110)面上没有平面缺陷。

052115.png

图3、纤锌矿型氮化硼的层错(ISF)和倒反畴界(IDB)的原子布局。(A,B) 层错的HAADF像(A)和响应的ABF像(B)。层错改变了w-BN原子层的堆垛顺序。 (C,D) 倒反畴界的HAADF像(C)和响应的ABF像(D),倒反畴界改变了材料的晶体极性。(E,F) 层错(ISF)和倒反畴界(IDB)交叉区域的HAADF像(E)和响应的ABF像(F)。两组垂直的平面缺陷交叉在一路形成了“层错-倒反畴界结”,并形成了柏氏矢量为1/3[10-10]的夹杂型不全位错。

052116.png

图4、层错(ISF)和倒反畴界(IDB)交错在一路组成三维缺陷收集的示意图。三维缺陷收集将w-BN朋分为平均尺寸约十几纳米的棱柱体,相邻的棱柱体具有相反的晶体极性。

052117.png

图5、第一性道理分子动力学模拟剖析层错(ISF)对w-BN热不乱性的影响。(A–D)完美w-BN的构造演变过程。跟着温度的升高,w-BN逐渐改变为类h-BN构造,温度升到97K时相变完成。(E–H)包含一个层错(ISF)的w-BN的布局演变过程。层错能够显著地按捺w-BN的相变,该构造的完全相变温度为360 K。

联系我们

CONTACT US

联系人:张先生

手 机:13988889999

电 话:020-66889888

邮 箱:admin@163.com

地 址:广东省广州市番禺经济开发区58号