高圧を必要とせず、低コストの科学者が新しい超硬材料を発見

     新しい超硬化合物を探すとき、研究者たちは安定したホウ化モリブデンとその結晶構造を予測しました。 彼らは、最高のホウ化物がモリブデン原子あたり4から5個のホウ素原子を含むことを発見しました。 MoB5の推定ビッカース硬度は37〜39 GPaであるため、超硬材料になる可能性があります。 この研究は「TheJournalof PhysicalChemistryLetters」に掲載されました。

      以前、モスクワ物理技術研究所（MIPT）のArtem Oganov教授が率いる研究者グループは、Journal of Applied Physicsに研究を発表しました。この研究は、産業応用の可能性がある超硬材料のリストを包括的にまとめたものです。このリストは、進化的アルゴリズムUSPEXの新しいモデル、ビッカース硬度（材料にピラミッド状のくぼみを残すために必要な圧力）、および「宝の地図」として知られる破壊靭性（材料が破壊伝達に抵抗する能力）を使用して作成されます。 「著者の使用のため。

    この新しい論文では、モスクワスコルコボ大学、モスクワ物理技術研究所、AMプロホロフRAS総合物理研究所、ピラゴフロシア国立医科大学、中国北西部工科大学の科学者が、モリブデン地域の地図上でホウ素化について研究しました。遷移金属ホウ化物は、技術的用途において、従来の超硬合金および超硬材料の潜在的な代替品です。広く使用されているダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素とは異なり、遷移金属ホウ化物の合成は高圧を必要としないため、製造コストが低くなります。

超硬材料のアトラス

超硬材料のアトラス

      電子は互いに反発するため、金属原子の高原子価電子密度は圧縮に抵抗でき、共有結合のホウ素-ホウ素およびホウ素-金属結合は弾性および塑性変形に抵抗できます。

    「通常、シミュレートされたX線回折（XRD）パターンを実験図と比較して、予測された構造が実験構造と互換性があるかどうかを判断します。ただし、ホウ化モリブデンなどの遷移金属ホウ化物を考慮すると、XRDパターンは表示することしかできません。重い原子の信号は基本的に見えませんが、軽いホウ素原子の位置は基本的に見えません。そのため、実験データのみに基づく結晶構造モデルは非現実的で不安定なことが多いため、結晶構造を決定する包括的な方法には、最も高度な理論計算が必要です。 「SkoltechとMIPTの主任研究員であるAlexanderKvashninは言った。

    五ホウ化モリブデンMoB5が最も安定したホウ化物であることがわかりましたが、シミュレートされたX線回折パターンは実験データに近いですが完全に同じではありません。予測されたペンタボライドには、実験では観察されなかったいくつかの弱いピークがあります。これは、実験サンプルの対称性が高いことを意味します。この新しい化合物の重要な構造要素は、グラフェンのような層のホウ素原子、モリブデン層、およびホウ素原子の三角形の配置です。ホウ素原子とモリブデン原子は交互に配置され、一部のMo原子は、結晶ボリューム全体に均一に分布したB3三角形に置き換えられます。

    「最も高いホウ化物の構造が無秩序であり、ホウ素の三角形がモリブデン原子を統計的に置き換えるという仮説を立てました。これを証明するために、制御ホウ素を定義できる格子モデルを開発しました。この論文の最初の著者であり、SkoltechとAM Prokhorov Institute of GeneralPhysicsの研究者であるDmitryRybkovskiy氏は述べています。

MoB5-x結晶の原子配列

MoB5-x結晶の原子配列

     モリブデン原子とホウ素の三角形の位置を力ずくで検索し、さまざまなバリアントをサンプリングすることで、安定性に関連するパターンを見つけました。安定相の各金属原子には、4〜5個のホウ素原子が含まれています。 MoB4.7はこれらの化合物の中で最も安定しており、実験的なX線回折パターンと最もよく一致します。

    「この研究は、理論と実験の相互作用の興味深い例です。理論は、独特の特性と新しい構造を示す化合物を予測しますが、実験は、実際の材料がより複雑で、その構造が部分的に無秩序であることを示しています。理論に基づいています。これらの発見によって開発されたものにより、すべての実験的観察を再現し、この材料の正確な組成と構造、およびその詳細な特性を理解することができます。特に、計算された硬度は超硬材料の範囲に近いです。」Artem Oganov、Skoltech教授そしてMIPTと研究チームの責任者は言った。

    超硬材料には、工作機械の製造、宝飾品、鉱業など、幅広い産業用途があります。それらは切削、研磨、研削、穴あけに使用されるため、新しい超硬コンパウンドを見つけることは重要な作業です。

    論文のタイトルは「ホウ素に富むMo--B相の構造、安定性、および機械的特性：計算研究」です。

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