第十六届全国薄膜技术学术研讨会

    MAX相兼具金属和陶瓷特性，同时是MXene的先驱体材料。进一步扩充MAX相的构型成为近年来关注的一个热点。已有研究表明，A位元素替换是合成新型MAX构型的重要方式。为了探索更多新颖物性的MAX结构，本文采用第一性原理密度泛函方法研究了三十一种Ti₃AC₂(A=Al,Si,P,S,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Se,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Te,Os,Ir,Pt,Au,Hg,TI,Pb,Bi,Po)MAX结构的结构、力学、电学性质及其稳定性。 此外，考察了表征MAX剥离成MXene难易程度的界面结合强度。研究结果表明，A位元素对于MAX的物理性能具有显著调控作用。对于同一周期的A元素，当A位于12族时，Ti₃AC₂沿c轴方向的晶格参数呈现最大，这源于Ti₃AC₂的Ti与A元素外壳层电子的d-d和p-d轨道杂化的协同作用。Ti₃SC₂的杨氏模量高达360 GPa,比熟知的Ti₃SiC₂高6.82%。Ti₃SbC₂呈现力学各向同性。基于力学、动力学以及热力学稳定性判据，Ti₃AC₂(A=Al,Si,P,S,Ga,Ge,As,Cd,In,Sn,Sb,Au,Hg,Pb,TI,Po)是稳定结构，而Ti₃AC₂(A=Fe,Co,Zn,Se,Ru,Rh,Pd,Ag,Te,Ir,Pt,Bi)是亚稳结构。相对于常用的MXene先驱体Ti₃AlC₂,Ti₃AC₂(A=Ag,Sb,Te,Bi,Po)呈现更低的Ti-A界面结合强度，及更高的相邻Ti-C和Ti-A界面强度比，这表明这些结构可能是合成大尺寸Ti₃C₂ MXene的理想先驱体构型。研究的结构都呈现金属性，其中Ti₃FeC₂和Ti₃CoC₂具有磁性。基于晶格振动谱和能带结构，Ti₃AC₂在声子晶体和拓扑材料等方面同样具备潜在应用价值。
 

MAX, 力学常数，界面结合能，电子结构，稳定性