论文标题：Lattice Dynamics and Thermal Properties of TixZr1-xNiSn Half-Heusler Alloys

论文链接：https://www.mdpi.com/2674-063X/4/1/3

期刊名：Alloys

期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/alloys

半赫斯勒合金是极具应用前景的热电材料，但其成分无序对其晶格动力学的影响仍未完全阐明。来自美国理海大学的Prince Sharma博士，采用第一性原理计算方法，研究了Zr取代对TixZr1-xNiSn半赫斯勒合金晶格动力学和热学性质的影响。通过对声子色散、态密度和热力学性质的深入分析，发现Zr取代（25%、50%和75%）在提高体系稳定性的同时，对结构畸变的影响极小。研究表明，Zr含量的增加会系统性地改变声子，尤其会影响5 THz以上的高频光学模式。值得注意的是，对于 Zr 含量而言，这些发现为调整半赫斯勒合金的热性能提供了有价值的见解，使其适用于热电器件和部件的高温应用。

研究方法

对于第一性原理计算，作者均使用 VASP 代码中的投影缀加波 (PAW) 方法。为了优化晶胞和原子位置，使用了 Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) 泛函。此外，将平面波展开的能量截断值设置为 520 eV。使用 Monkhorst–Pack 方法，以 0.01 eV 的展宽创建布里渊区积分的 K 点网格，目标精度为 0.02。两个自洽循环之间的电子收敛标准设置为 10^-8 eV，离子收敛标准设置为 10^-6 eV/Å，以获得用于声子计算的无残余力的结构。使用Phonopy 代码基于冻结声子模型创建位移，以计算热力学性质。TiNiSn 半赫斯勒合金使用包含 12 个原子的晶胞，并在 Ti 位点用 Zr 原子以 25%、50% 和 75% 的比例引入无序。使用 sqsgen 代码生成 TixZr1-xNiSn 半赫斯勒合金的无序晶胞。使用 VESTA 程序可视化所有合金的晶胞，如图 1 所示。

TixZr1-xNiSn 半赫斯勒合金的弛豫晶体结构

TixZr1-xNiSn 半赫斯勒合金的声子态密度（Ph-DOS）

研究总结

作者通过 TixZr1-xNiSn 半赫斯勒合金的第一性原理计算揭示了 Zr 取代对晶格动力学和热性能影响的几个关键发现。在 TixZr1-xNiSn 中系统地引入 Zr 取代，既保持了结构的完整性，又提高了体系的稳定性，这体现在所有成分的声子色散中均不存在虚模。观察到的声子态密度 (Ph-DOS) 的变化，特别是 Ti 和 Ni 振动模式的系统性演化，表明可以通过成分改变来调控晶格动力学。所有成分均保持相似的振动熵和热容分布，表明 Zr 取代是一种在优化热性能的同时提高稳定性的有效策略。这些结果为开发具有增强热性能的下一代半赫斯勒合金提供了宝贵的设计原则，这些合金可用于高温环境下的热电和结构应用。最后，所建立的结构-性能关系为未来研究类似的多组分体系奠定了基础。

期刊简介：

Alloys (ISSN 2674-063X) 是一个国际性、经同行评审的开放获取期刊。期刊涵盖了所有合金的制备、表征和应用。主题领域包括但不限于：铁合金，包括所有钢种；轻质合金；高熵合金、块状金属玻璃和金属间化合物；特殊合金，例如为耐腐蚀、高温性能而设计的合金；储氢和磁性；热机械加工、铸造、增材制造等合金加工技术；合金的理论和计算分析；合金在所有长度尺度上的表征；合金特性和性能，例如强度、疲劳、腐蚀、磨损和成型性等。期刊已经被Scopus, CNKI等数据库收录。

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/alloys

期刊主编：

Prof. Dr. Nikki Stanford, University of South Australia, Australia

投稿优势:

- 更高文章曝光度

Alloys 目前已经被Scopus、CNKI等数据库收录。期刊2024年最新CiteScore为3.2，在Metals and Alloys, Engineering (miscellaneous) 和 Materials Science (miscellaneous) 三个领域均排在Q2分区。

- 更快发表速度

与传统的订阅和印刷期刊相比，Alloys通常能更快地在线发表被接收的文章。

- 开放获取

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