本报讯【通讯员铁瑞魏林涛】燕山大学高压科学中心田永君院士团队与国内外研究人员通力合作,通过高温高压熔融法,成功合成由不互溶元素铜和硼组成的新型陶瓷材料。相关成果以“硬且特别导电的铜硼化合物”为题发表于物理学顶级期刊《PhysicalReviewLetters》。
金属硼化物是一类具有强耐磨性、抗腐蚀性、耐高温、高硬度的多功能陶瓷材料,在化工、医药、冶金、国防等部门广泛使用。尽管硼在高温下能与绝大多数金属反应,但未见关于IB族(铜、银、金)金属硼化物的报道。铜(Cu)和硼(B)作为不互溶元素的代表,只有少数关于铜-硼固溶体的报道,例如CuB-23和CuB-28,源于硼和这些金属具有相近的电负性和较大差别的原子半径,两者之间电荷转移困难,不能形成具有精确化学计量比的化合物。直至2021年,周向锋、徐波等人通过分子束外延生长技术(MBE)首次成功合成二维铜硼化合物Cu8B14[Fundam.Res.1,482(2021)],证实铜原子与硼原子在极端条件下可以形成化学键。受此启发,周向锋、徐波、田永君等在高温高压下合成并表征了新型三维铜硼化合物Cu1.97B25,发现它是一个既硬又导电的新陶瓷材料。其测量的维氏硬度~27GPa,室温电导率可达10电导率最高。不仅如此,Cu1.97B25在低温常压下,或低温高压下,发生金属-绝缘体转变。且在30GPa左右,发生导电类型转变(p-n转变),实验证明这些现象均源于电子相变,和结构相变无关。因此,新型铜硼化合物不仅在常压下具有优异的物理性质,并且在极端条件下表现出丰富的量子行为。鉴于它优异的导电性和三维硼网格本征的低热导率,该材料可能在热电转化领域具有重要应用前景。
该工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目、国家杰青科学基金、国家重点研发计划等项目资助,其成果已申请发明专利。论文共同第一作者为燕山大学理学院博士生黄明星和材料科学与工程学院范长增,通讯作者为周向锋和田永君。5S/m,在所有以B12二十面体为结构基元的硼化物中本报讯【通讯员韩阿蒙魏林涛】7月25日,我校亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室清洁纳米能源中心沈同德教授团队与国内外科学家合作,以《宽温域内具有优异的力学性能的新型低成本中熵不锈钢的发现》为题将研究成果在线发表于物质(Matter,Cell姊妹刊),影响因子17.3。
传统铁基不锈钢在室温下强度-延展性难以兼顾,且高温强度和抗蠕变性能均较低;镍基高温合金虽然由于具有优异的高温强度和抗蠕变性能而被广泛使用,但是其原料及生产成本较高;高熵合金自发现以来已被学术界大量研究,但是由于性价比不佳等问题甚少被实际应用。为应对上述材料领域面临的挑战,沈同德教授团队以传统不锈钢主要成分(Fe、Cr、Ni)为基础,添加少量Ti、Al合金化元素,开发出一种新型低成本铁基FeCrNiTiAl中熵不锈钢(MESS),这种铁基不锈钢可通过传统铸造和热处理技术制造,并基于高密度共格纳米析出相强化,可在很宽的温度范围内具有出色的强度-延展性综合性能,且高温强度和蠕变阻力优于部分昂贵的镍基高温合金(如Haynes282、Inconel740等)。据此,克服了传统不锈钢的强度-延展性难以兼顾以及镍基高温合金高成本的挑战,并推动了高熵合金工业应用的研究。该新型中熵不锈钢具有极高的性价比,有望部分替代广泛使用的传统不锈钢和镍基高温合金。
该项研究工作由燕山大学、香港大学、美国田纳西大学、美国橡树岭国家实验室、泉州清远创新实验室和北京科技大学合作完成。燕山大学为论文第一单位,燕山大学博士生温康康和蔡学成(香港大学)、辛圣炜(燕山大学)为共同第一作者,通讯作者为孙宝茹(燕山大学)、PeterK.Liaw(田纳西大学)和沈同德(燕山大学)。研究工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金的资助。