WB3的结构与硬度性质研究
高电荷浓度的过渡金属和能形成强共价键的硼原子结合,被认为是可以形成新型超硬材料的两个重要因素.本工作利用高温高压方法合成出了WB3，利用Rietveld精修发现同时存在等化学计量的WB3和W原子缺失的W1-xB3，并且通过高分辨电镜也证实了原子缺失的存在。XPS表明W1-xB3占少部分，可以认为是WB3中的W缺陷造成，因此确定了结构为WB3(P63mmc)，但是部分位置存在钨原子缺失。为了获得更精确WB3的硬度数值，利用SEM分辨出了过量的硼和WB3的化合物，消除了过量硼的影响后，测得WB3更精确的维氏硬度收敛值为25.5GPa，小于ReB2，与理论计算相吻合。根据XPS结果与理论计算得出，由于从钨原子到硼原子的电子转移量不足，使类石墨烯层的硼原子之间电荷局域量减少，电荷局域中心偏移。这部分硼原子之间形成了扭曲的sp2杂化，削弱了B-B化学键的方向性，导致三分之二的硼硼共价键减弱。此结果证明了过渡金属硼化物中的硼硼化学键同时存在强共价键和相对较弱的共价键，这部分较弱的共价键是导致具有3D硼原子空间结构的过渡金属硼化物不是超硬材料的原因。同时此结果也揭开了WB3中的B-B化学键提前于ReB2中的B-B键断裂的起源。依据此结果提出，增加过渡金属原子往硼原子上的电荷转移量是增强硼硼共价键的重要方法，也是设计新型超硬过渡金属硼化物的另一个关键因素。本研究不仅有助于澄清WB3在结构与硬度方面的争议，还有助于理解过渡金属硼化物的硬度机理。
超硬材料 钨硼化合物 分子结构 共价键 硬度性质
陶强 王常春 董书山 崔田 朱品文
吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春,130012
国内会议
辽宁通辽
中文
94-95
2015-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）