中科院宁波材料所黄庆SSTR：中高熵M₂SnC( M=Ti/V/Nb/Zr/Hf) MAX相的合成及其性质研究

MAX相是一类具有六方晶格的三元层状碳/氮化物，由于其独特的晶体结构，使得其同时兼具金属与陶瓷性质，表现出易加工、耐高温、抗氧化，以及优良的损伤容限和抗热震等优点。目前已有超过150种MAX相被报道。而高熵作为一种有效的材料制备手段，通过调整组成元素和晶体结构来设计和探索新颖的MAX相，往往能带来意想不到的结果。目前，已经报道了一些中/高熵MAX相，其A层由Al、S和磁性元素组成，而对含有其他A元素（如Sn）的中高熵MAX相很少被讨论。因为，为了拓展MAX相家族，调控其物理化学性能，拓展其应用范围，设计并制备新型的中高熵MAX相材料就显得尤为重要。

中科院宁波材料所黄庆研究员课题组通过Hume-Rothery规则筛选出合适的前过渡金属，通过放电等离子体烧结技术，设计并合成了一系列致密的A位为Sn的中高熵MAX相（(TiVNb)₂SnC, (TiVNbZr)₂SnC, (TiVNbZrHf)₂SnC）块体材料，并系统地研究了他们之间的热，电性能差异。发现由于多组元的固溶造成的晶格畸变等效应，其电导率和热导率均明显低于报道的相关三元MAX相。

图1.(a) (TiVNbZrHf)₂SnC的XRD谱图。(b) 扫描电镜下的断口形貌。(c) (TiVNbZrHf)₂SnC沿[110]方向的高分辨STEM图以及的(d)图对应的原子排列。

图2. (TiVNb)₂SnC, (TiVNbZr)₂SnC和(TiVNbZrHf)₂SnC的(a)电阻率 (b)霍尔系数(c)载流子浓度(d) 载流子迁移率随温度的变化，以及(TiVNbZrHf)₂SnC的态密度计算(e)

图3. (TiVNb)₂SnC, (TiVNbZr)₂SnC和(TiVNbZrHf)₂SnC的(a)热导率 以及(b)热扩散系数

研究人员通过Hume-Rothery规则设计并合成了致密的中高熵MAX相块体（(TiVNb)₂SnC, (TiVNbZr)₂SnC和(TiVNbZrHf)₂SnC）。XRD、SEM和TEM等材料结构表征手段证明了多种过渡金属元素随机固溶在M位。由于MAX相晶体内部中的结构缺陷引起的固溶散射，三种样品的室温电导率和热导率均分别在3.22 μΩ^-1žm^-1和10.94 W m^-1 K^-1附近，低于之前报道过的相关三元MAX相。跟据Wiedemann–Franz定律进一步分析发现，在300K时，电子是热导率的主要贡献，，然而，随着温度的升高，声子逐渐占主导地位。由于MAX相组成元素的丰富性，我们的工作为发现新的MAX相和性能调控提出了一条组分设计的路线。

论文信息：

Synthesis and Characterization of Medium/High-entropy M₂SnC (M=Ti/V/Nb/Zr/Hf) MAX phases

Lu Chen, Youbing Li, Ke Chen, Mian Li, Shiyu Du, Zhifang Chai, Qing Huang*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202200161

点击左下角「阅读原文」，查看该论文原文。

Small

Structures

期刊简介

Wiley旗下的Small Structures创立于2020年。作为Small的姊妹期刊，Small Structures旨在成为发表关于亚宏观尺度结构研究的多学科、跨领域、顶尖旗舰期刊。稿件领域包括但不限于化学、物理、材料、工程和生命科学，类型包括原创研究、综述、展望、评论等。 最新影响因子11.343。

WILEY

MaterialsViews

Wiley旗下材料科学类期刊官方微信平台

关注公众号和视频号

推送材料科研资讯｜访谈材料大咖新秀

分享撰稿投稿经验｜关注最新招聘信息

点击“分享”，给我们一点鼓励吧~