新型亚稳过渡族金属碳化物

1、新型亚稳过渡族金属碳化物新型亚稳过渡族金属碳化物理论设计与高压合成理论设计与高压合成 负负 责责 人人:胡盟胡盟成成 员员:王丽丽王丽丽 郑高翔郑高翔指导教师指导教师:何巨龙何巨龙成果汇报成果汇报 本实验的成果分为三个部分本实验的成果分为三个部分: 1、测定了已经合成的新型碳化物、测定了已经合成的新型碳化物Re2C的的性质。性质。 2、设计了一种新型半导体超硬、设计了一种新型半导体超硬碳化物碳化物RuC。 3、通过高温高压技术合成了一种新的高硬、通过高温高压技术合成了一种新的高硬度物质度物质RuxC， 并测定了并测定了RuxC的硬度。的硬度。1、测定了已经合成的新型、测定了已经合成的新型碳化物

2、碳化物Re2C的性质。的性质。 硬度硬度 热分解性热分解性高温（高温（1573K）高压（）高压（6GPa）下，通过烧结获得的）下，通过烧结获得的块状块状Re2C，高，高6mm直径直径8mm。 通过依次增大载荷（通过依次增大载荷（1.96N、2.94N、4.90N、9.80N）来得到硬度变）来得到硬度变化的渐近线。化的渐近线。每个载荷进行每个载荷进行5次测量，取结果的平均值做出曲线。当载荷达到次测量，取结果的平均值做出曲线。当载荷达到9.80N时，其测量结果与时，其测量结果与4.90N时相差无几，最终测得的硬度为时相差无几，最终测得的硬度为17.5GPa，属，属于高硬度材料。于高硬度材料。热分析

3、仪热分析仪STA449C测定的测定的DSC、TG曲线曲线在大气中在大气中（1）曲线）曲线1DSC曲线：曲线：788.5K时曲线上升，即发生时曲线上升，即发生了放热反应（此处为氧化反了放热反应（此处为氧化反应）；应）；（2）曲线）曲线2TG曲线：曲线：879.6K时曲线下斜，说明发时曲线下斜，说明发生了氧化反应，即生了氧化反应，即Re2C+3O22ReO2+CO2，得到的得到的ReO2和和CO2挥发出去，挥发出去，导致质量下降。导致质量下降。在在Ar保护气中保护气中（3）曲线）曲线3DSC曲线：在曲线：在1460.8K时曲线出现峰谷，说明时曲线出现峰谷，说明发生吸热反应，此时发生吸热反应，此时R

4、e2C发生分解，即发生分解，即Re2C2Re+C。 （4）曲线）曲线4TG曲线：基本为平直曲线，说明在加热过程曲线：基本为平直曲线，说明在加热过程中没有重量变化，换言之没有发生氧化反应。中没有重量变化，换言之没有发生氧化反应。由上述分析可知，由上述分析可知， Re2C有热分解性，同时可以被氧气氧化有热分解性，同时可以被氧气氧化。2、设计了一种新型半导体、设计了一种新型半导体超硬超硬碳化物碳化物RuC。基于密度泛函理论和十种已知的过渡族金基于密度泛函理论和十种已知的过渡族金属碳化物的结构，我们对属碳化物的结构，我们对RuC合成的可能合成的可能性和结构进行了理论的预测。性和结构进行了理论的预测。我

5、们将我们将RuC设计成十种已知的过渡族金属设计成十种已知的过渡族金属碳化物碳化物WC-RuC，WZ-RuC，NiAs-RuC，RS-RuC，ZB-RuC，CsCl-RuC， FeSi-RuC，CrB-RuC，TiB-RuC， MnP-RuC 。结构优化的最终结果为每个原子的能量变结构优化的最终结果为每个原子的能量变化小于化小于5106 eV，所有的应力都小于，所有的应力都小于0.02 GPa。经过常温常压下的几何优化，。经过常温常压下的几何优化，只有六种只有六种RuC结构可以保持最初的对称性。结构可以保持最初的对称性。 ZB-RuC RS-RuC CsCl-RuC WC-RuC WZ-RuC

6、NiAs-RuC 再通过计算晶格参数、态密度、弹性模量和声再通过计算晶格参数、态密度、弹性模量和声子热振频率等，最终设计了一种机械稳定、动子热振频率等，最终设计了一种机械稳定、动力学稳定的闪锌矿结构的半导体超硬物质力学稳定的闪锌矿结构的半导体超硬物质RuC。 ZB-RuC 3、通过高温高压技术合成、通过高温高压技术合成了一种新的高硬度物质了一种新的高硬度物质RuxC， 并测定了并测定了RuxC的的硬度。硬度。从形成焓的计算从形成焓的计算可以看出，可以看出， Ru3C-187-best和和Ru4C-12-best的的形成焓较低，也形成焓较低，也就是说在就是说在6Gpa条条件下，件下，Ru和和C可

7、可能形成化合物的能形成化合物的比例在比例在3:1和和4:1之间。之间。Ru4C-12-best结构结构 Ru3C-187-best结构结构 分选出的RuX C衍射峰 在对合成的在对合成的RuxC样品进行抛光时，发现存样品进行抛光时，发现存在大量的软相，所以在选择测试压力时，在大量的软相，所以在选择测试压力时，确定为确定为0.98N，测得的数据为，测得的数据为7.5Gpa 7.79Gpa 7.88Gpa 7.98Gpa 8.29Gpa 9.08Gpa 9.45 Gpa 9.46Gpa 12.29Gpa 12.66 Gpa 13.28Gpa 13.51Gpa 13.95Gpa 13.96Gpa 14.43Gpa 15.99Gpa 16.29Gpa 17.20Gpa 17.85Gpa 15.77Gpa 硬度大约为硬度大约为1017Gpa压痕图像压痕图像 经过初步分析，我们认为出现这种硬经过初步分析，我们认为出现这种硬度分离的原因有两方面：度分离的原因有两方面：1、结构不均匀。可能是合成的、结构不均匀。可能是合成的RuxC表表现为两个相，二者之间由于结构的不现为两个相，二者之间由于结构的不同，表现出很大的硬度差异。同，表现出很大的硬度差异。2、成分不均匀。可能是压痕处所形成、成分不均匀。可能是