MC与Mn+1ACn稳定性与电子特征的第一性原理研究

杨建辉; 陈言星; 吴丽慧; 韦世豪

doi:10.7498/aps.63.237301

摘要

研究MC与Mn+1ACn(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn; A=Al, Si, P, S; n=1, 2, 3)结构的稳定性与电子特征有利于探究三元层状结构Mn+1ACn稳定性的内在原因和设计新型Mn+1ACn结构. 第一性原理计算研究表明, M-3d与C-2p轨道间的电子转移对MC与Mn+1ACn 的形成焓有较大影响. 供电子能力较强的前过渡金属可以形成稳定的MC结构. 计算结果显示, MC结构是缺电子体系, 其趋向于与具有一定供电子能力的MA结构结合形成Mn+1ACn. 与M2PC和M2SC 相比, M2AlC和M2SiC可以更为容易地被分离成二维 M2C结构.

关键词:

Abstract

Investigation of the stability and electronic properties of a series of MC compounds and classic MAX phases, Mn+1ACn (M=Sc, Ti, V, Cr, and Mn; A=Al, Si, P, and S; n=1, 2, and 3), contributes to finding the intrinsic mechanism of the stability of Mn+1ACn and to the design of new Mn+1ACn phases. First-principles calculations show that the formation enthalpy of both MC and Mn+1ACn is directly correlated with the charge transfer from M-3d to C-2s and 2p orbitals. Correspondingly, the early transition metals with high electron donation ability are able to form stable MC phases. Among the various MC phases, MC is found to be electron-deficient, which is thus favorable to react with electron-abundant MA to form Mn+1ACn. Therefore, M2AlC and M2SiC can be more readily separated into two-dimensional M2C structures, compared to M2PC and M2SC.

Keywords:

作者及机构信息

1.
衢州学院教师教育学院, 衢州 324000;

2.
衢州学院化学与材料工程学院, 衢州 324000;

3.
宁波大学微电子科学与工程系, 宁波 315211

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11347138)和衢州学院人才培养项目(批准号:BSYJ201311)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Teacher Education, Quzhou University, Quzhou 324000, China;

2.
College of Materials Science and Chemical Engineering, Quzhou University, Quzhou 324000, China;

3.
Department of Microelectronic Science and Engineering, Ningbo University, Ningbo 315211, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11347138) and the Talent Training Funds of Quzhou University, China (Grant No. BSYJ201311).

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