Effects of carbon vacancies on the structures, mechanical properties, and chemical bonding of zirconium carbides: a first-principles study

Xie, Congwei; Oganov, Artem R.; Duan, Li; Debela, Tekalign Terfa; Liu, Ning; Dong, Dong; Zeng, Qingfeng

doi:10.1039/c5cp07724a

Cited by 58 publications

(78 citation statements)

References 61 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Moreover, it is likely that VC 1−x compounds become to be ductile materials when x is higher than 1/3, suggesting that high content of missing carbon may lead to brittle-to-ductile transformation of VC 1−x compounds. This viewpoint is same to that reported recently [44]. is an indicator of the degree of directionality of covalent bond.…”

Section: Mechanical Properties Of Vc 1−x Compoundssupporting

confidence: 53%

“…The evolutionary algorithm for structure prediction, as implemented in the USPEX code [36,37], has succeed in predicting many hereto unknown carbides [38][39][40][41][42][43][44]. Using the USPEX code, we firstly performed variable-composition structure searches with up to 33 atoms in a unit cell for the V-C system at zero temperature and zero pressure.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…Here, we found V 4 C 3 to be cubic but of a different space group I43m. P1-V 5 C 4 and Cmcm-V 3 C 2 , in compositions adopted by other group IVB and VB transition metal carbides [41][42][43][44], were discovered. In addition, we predicted a compound Cmcm-V 3 C with very high content of missing carbon (2/3).…”

Section: Crystal Structure Prediction and Structural Propertiesmentioning

confidence: 98%

“…Geometric details of the newly discovered VC 1−x compounds were listed in Table 2. Coordination numbers, indicator of atomic arrangement [44], were also given (see Tables 1 and 2). …”

Section: Crystal Structure Prediction and Structural Propertiesmentioning

confidence: 99%

See 3 more Smart Citations

Discovering novel VC1− compounds through hybrid first-principles and evolutionary algorithms

Xie

Liu

Cheng

et al. 2016

Journal of the European Ceramic Society

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Section: Mechanical Properties Of Vc 1−x Compoundssupporting

confidence: 53%

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Section: Crystal Structure Prediction and Structural Propertiesmentioning

confidence: 98%

“…Geometric details of the newly discovered VC 1−x compounds were listed in Table 2. Coordination numbers, indicator of atomic arrangement [44], were also given (see Tables 1 and 2). …”

Section: Crystal Structure Prediction and Structural Propertiesmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Discovering novel VC1− compounds through hybrid first-principles and evolutionary algorithms

Xie

Liu

Cheng

et al. 2016

Journal of the European Ceramic Society

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

“…Структурная вакансия представляет собой узел кристал-лической решетки, не занятый атомом. Соединения со структурными вакансиями в настоящее время актив-но исследуются в связи с уникальностью их физико-химических свойств [2][3][4][5][6][7][8]. В зависимости от количества и способа размещения вакансий по узлам базисной кристаллической структуры возможно образование мно-жества разнообразных фаз и модификаций [1].…”

unclassified

Переходное структурное состояние порядок-порядок в монооксиде титана TiO-=SUB=-1.0-=/SUB=-

Костенко¹,

Шарф²,

Ремпель³

2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Предложен новый класс дефектных структур, в которых точечные дефекты кристаллической решетки занимают узлы одновременно двух разных сверхструктур. Образование данных структурных модификаций обусловлено равновесным фазовым переходом порядок−порядок второго рода, который не протекает до конца. На примере атомно-вакансионного упорядочения в монооксиде титана TiO 1.0 исследовано допустимое соотношение между параметрами дальнего порядка в структурной модификации, образованной сочетанием моноклинной (M5X5)mon (пространственная группа C2/m (A2/m)) и кубической (M5X5) cub (пространственная группа Pm3m) сверхструктур. С помощью термодинамических расчетов показано, что предлагаемая структурная модификация является равновесной и должна реализоваться вместо предполагаемой высоко-температурной кубической фазы (Ti5O5) cub .Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 14-02-00636). Вычисления проведены на суперкомпьютере " Уран" ИММ УрО РАН. Для многих соединений переходных металлов харак-терно высокое содержание структурных вакансий [1]. Структурная вакансия представляет собой узел кристал-лической решетки, не занятый атомом. Соединения со структурными вакансиями в настоящее время актив-но исследуются в связи с уникальностью их физико-химических свойств [2][3][4][5][6][7][8]. В зависимости от количества и способа размещения вакансий по узлам базисной кристаллической структуры возможно образование мно-жества разнообразных фаз и модификаций [1]. В то же время особенности дефектных кристаллических струк-тур с вакансиями, а также их связь с физическими свой-ствами до сих пор полностью не объяснены. Показатель-ным примером является нестехиометрический моноок-сид титана TiO y [9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24]. Соединение обладает базисной структурой B1 и содержит структурные вакансии как в металлической, так и в неметаллической подрешетке. Доля вакантных узлов при стехиометрическом составе (y = 1) около 15% для каждой подрешетки. При откло-нении от стехиометрии содержание вакансий в одной из подрешеток может достигать 25 at% [12]. С учетом дефектности реальный состав соединения записывают в виде TiO y ≡ Ti x O z или M x 1−x X z 1−z , где y = z /x, и -структурные вакансии металлической (тита-новой) и неметаллической (кислородной) подрешеток соответственно.Упорядочение вакансий в монооксиде титана обнару-жено авторами [9,10], а также [11]. В работах [9,10] по-дробно исследована упорядоченная моноклинная фаза со сверхструктурой (M 5 X 5 ) mon (пространственная группа A2/m (c2/m)), которая образуется из неупорядоченной кубической фазы в результате отжига в течение 50 h при температуре 950• C. При обработке данных экспе-римента по электронной микродифракции предложена модель распределения вакансий в упорядоченной фазе (рис. 1, a) и найдены параметры элементарной ячейки. В работе [11] помимо моноклинной фазы, термодина-мически равновесной ниже 980• C, упоминается фаза с кубической симметрией, пространственную группу которой точно определить не удалось. Упорядоченная кубическая фаза равновесна в д...

show abstract

First‐Principles Investigation of Phase Stability in Substoichiometric Zirconium Carbide under High Pressure

Thiel

Walsh

2022

Advcd Theory and Sims

View full text Add to dashboard Cite

NaCl‐type carbides of the early transition metals can exhibit a substantial sub‐stoichiometry at the carbon site, impacting a host of bulk properties that depend upon carbon concentration including melting points, mechanical and elastic properties, and superconducting transition temperatures. Unfortunately, control over vacancies remains challenging with current preparation methods, motivating the search for new synthetic approaches that will allow for the prescription of specific vacancy configurations. Here, density functional theory is augmented with alloy cluster expansion to examine the structure and zero kelvin enthalpy of millions of structures across composition and pressure space. The results are used to examine how extreme pressures might be used to access novel ordered and disordered phases of ZrC, many of which have been calculated to be thermodynamically stable yet remain synthetically elusive. High pressure is shown to significantly reduce sub‐stoichiometry and drive the system toward fully stoichiometric ZrC. They examine the root of these changes and find that pressure exerts an influence over the distribution and abundance of specific nearest‐neighbor vacancy pairs. These results suggest that pressure is a powerful tool for the control of vacancies, and can offer a new synthetic handle on the bulk properties exhibited in this industrially important class of materials.

show abstract

Effects of carbon vacancies on the structures, mechanical properties, and chemical bonding of zirconium carbides: a first-principles study

Cited by 58 publications

References 61 publications

Discovering novel VC1− compounds through hybrid first-principles and evolutionary algorithms

Discovering novel VC1− compounds through hybrid first-principles and evolutionary algorithms

Переходное структурное состояние порядок-порядок в монооксиде титана TiO-=SUB=-1.0-=/SUB=-

First‐Principles Investigation of Phase Stability in Substoichiometric Zirconium Carbide under High Pressure

Contact Info

Product

Resources

About