High-pressure behavior of α-boron studied on single crystals by X-ray diffraction, Raman and IR spectroscopy

Chuvashova, Irina; Bykova, Elena; Bykov, Maxim; Svitlyk, Volodymyr; Gasharova, B.; Mathis, Yves‐Laurent; Caracas, Razvan; Dubrovinsky, Leonid

doi:10.1016/j.jssc.2016.10.002

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“…In α-B a half of boron atoms have CN=6, and a half CN=7 [38], and in γ-B out of 28 atoms in the unit cell eight atoms have CN=6, and other twenty atoms have CN=7 [39]. For a complex and still controversial structure of β-B a simple count is not possible, but anyhow most of the boron atoms in this phase have CN=6.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Nonicosahedral boron allotrope synthesized at high pressure and high temperature

et al. 2017

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Theoretical predictions of pressure-induced phase transformations often become longstanding enigmas because of limitations of contemporary available experimental possibilities.Hitherto the existence of a non-icosahedral boron allotrope has been one of them. Here we report on the first non-icosahedral boron allotrope, which we denoted as ζ-B, with the orthorhombic α-Ga-type structure (space group Cmce) synthesized in a diamond anvil cell at extreme highpressure high-temperature conditions (115 GPa and 2100 K). The structure of ζ-B was solved using single-crystal synchrotron X-ray diffraction and its compressional behavior was studied in the range of very high pressures (115 GPa to 135 GPa). Experimental validation of theoretical predictions reveals the degree of our up-to-date comprehension of condensed matter and promotes further development of solid state physics and chemistry.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Nonicosahedral boron allotrope synthesized at high pressure and high temperature

et al. 2017

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“…(2014) 10 243 (3) 3.6 (2) 18 13 α-B Chuvashova et al . (2017) 25 224 (7) 3.0 (3) 273 (12) 4 (fixed) 18.0 14.5 γ-B Zarechnaya et al . (2010) 9 , P < 40 GPa 227 (3) 2.5 (2) 285 (6) 1.8 (3) 18.9 16.9 …”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…To clarify a reason of the apparent difference in the ratio of the rigidity of the unit cell and icosahedra found for B 13 C 2 and B 4 C 10 , we first compared the icosahedron and the unit cell volume evolution with pressure in the stoichiometric boron carbide B 13 C 2 and boron allotropes α-B 25 and γ-B 9 . In the structures of each of these materials, icosahedra (B 12 ) are built of exclusively boron atoms.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Structural stability and mechanism of compression of stoichiometric B13C2 up to 68GPa

Chuvashova

Bykova

Bykov

et al. 2017

Sci Rep

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Boron carbide is a ceramic material with unique properties widely used in numerous, including armor, applications. Its mechanical properties, mechanism of compression, and limits of stability are of both scientific and practical value. Here, we report the behavior of the stoichiometric boron carbide B13C2 studied on single crystals up to 68 GPa. As revealed by synchrotron X-ray diffraction, B13C2 maintains its crystal structure and does not undergo phase transitions. Accurate measurements of the unit cell and B12 icosahedra volumes as a function of pressure led to conclusion that they reduce similarly upon compression that is typical for covalently bonded solids. A comparison of the compressional behavior of B13C2 with that of α–B, γ–B, and B4C showed that it is determined by the types of bonding involved in the course of compression. Neither ‘molecular-like’ nor ‘inversed molecular-like’ solid behavior upon compression was detected that closes a long-standing scientific dispute.

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“…1. Primeiramente, fixou-se os parâmetros de rede de cada célula cristalina nos valores mais recentemente determinados (IL'NITSKAYA; KUZ'MA, 1982;HU et al, 2014;KUGLER;KNORR;PRANDL, 1983;TÖBBENS et al, 2001;CHUVASHOVA et al, 2017) e também da malha de pontos k em 16x16x16 para o cromo, silicio e boro, em 5x5x10 para a estrutura T1 e 10x10x5 para a estrutura T2. Estes valores foram escolhidos por serem altos o sufiente para a maior parte dos sistemas metálicos, de acordo com o tamanho da estrutura cristalina de cada composto.…”

Section: Testes De Convergênciaunclassified

“…Pelo fato de o boro possuir uma estrutura romboédrica, a relaxação de sua estrutura é mais complexa, pois deve-se variar dois parâmetros (a e cosα). Com E cor e k constantes, foram calculados as energias para a em ±5% e cos(α) em ±3% dos valores experimentais (CHUVASHOVA et al, 2017) utilizando o modo scf do Quantum Espresso. Após este calculo, foi verificado qual cos(α) possuia a com a menor energia e então foi feito o ajuste à Murnaghan para esta curva.…”

Section: Borounclassified

Estrutura de defeitos dos compostos T1 e T2 do sistema ternário Cr-Si-B

Dorini¹

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Diversas aplicações atualmente requerem materiais que mantenham sua integridade estrutural por longos tempos de serviço e sob altas temperaturas. As superligas à base de níquel estão no seu limite de aplicação, pois não conseguem suportar temperaturas acima de 1150°C, sendo necessário buscar por substitutos. Os materiais mais promissores para aplicação principalmente no primeiro estágio de turbina aeronáutica são compósitos de Mo-Si-B, compósitos de SiC, compostos de Nb-Si, e ligas PGM (Platinum Group Metal). Para aumentar ainda mais a vida útil desses materiais, pode-se aplicar uma camada anti-corrosiva baseada em sistemas como Fe, Cr, Si e B. Assim, um dos sistemas a serem estudados é o Cr-Si-B, com o objetivo futuro de estudar todo o sistema multicomponente. De forma mais específica, existem duas fases muito importantes nesse sistema ternário, chamadas de T1 e T2, que foram pouco estudadas, principalmente com relação à sua estrutura de defeitos. Desta maneira, o presente trabalho teve como principal objetivo a determinação da estrutura de defeitos das fases αCr 5 Si 3 (T1) e Cr 5 B 3 (T2) através de experimentos de difração de raios X com radiação síncrotron e cálculos de primeiros principios, visando a implementação na base de dados do sistema ternário Cr-Si-B. Como resultado, obteve-se uma excelente concordância entre os experimentos e os cálculos, sendo que, para a fase T2, uma diferença significativa no χ 2 e nas energias de formação foi verificada, chegando à conclusão que a solubilidade de silicio nesta fase ocorre preferencialmente na subrede 4a. Com relação à fase T1, não foi verificada uma diferença significativa tanto no χ 2 quanto na entalpia de formação, sugerindo que o boro é solubilizado aleatoriamente, em pequenas concentrações, nas subredes 4a e 8h do silicio.

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High-pressure behavior of α-boron studied on single crystals by X-ray diffraction, Raman and IR spectroscopy

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Nonicosahedral boron allotrope synthesized at high pressure and high temperature

Nonicosahedral boron allotrope synthesized at high pressure and high temperature

Structural stability and mechanism of compression of stoichiometric B13C2 up to 68GPa

Estrutura de defeitos dos compostos T1 e T2 do sistema ternário Cr-Si-B

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