[发明专利]一种分析预测MAX相材料可形成能力的方法

说明书

本方面公开了一种分析预测MAX相材料可形成能力的方法，选取影响材料结构的特征因子，在基于选取的特征因子的前提下设计影响MAX相结构的特征模型，输入物理参数构建结构映射图谱，MAX相结构按照结构映射图中的不同区域分布，各类结构按照坐标所标定的物理参数进行分类，并以此作为预测未知MAX相的初始导向，进而可以用此预测新材料的未知结构。该方法这类方法是一种目前较为成功并无需通过实验帮助来进行结构预测的方法。且本发明提供的方法能够大大减少人工及计算资源的耗费，节约成本，为合成高性能的MAX相材料提供了理论指导。

技术领域

本发明涉及材料科学领域，具体为一种分析预测三元层状碳化物或氮化物材料可形成能力的方法，特别涉及一种分析预测MAX相材料可形成能力的方法。

背景技术

材料结构与性能之间存在着密切的联系，因此对于材料结构的研究贯穿了材料科学发展的整个历程，并将继续在材料科学的研究中占据重要的位置。现如今，对于材料结构信息的获取也是对各类材料进行建模分析的先决条件；因此，材料结构的确定是进一步对材料性能进行理解分析的关键步骤。

MAX相材料(分子式为M_n+1AX_n，n＝1、2或3)是一种具有六方晶体结构的新型层状可加工类金属陶瓷材料；其中，M为前过渡族金属元素，A主要为IIIA和IVA主组元素，X为碳或氮。特殊的晶体结构使该材料兼具金属(即优良的导电和导热性、可加工性、低硬度、抗热震性和损伤容限)与陶瓷特性(即高弹性模量、高温强度和氧化和抗腐蚀性)，因此备受人们的广泛关注。迄今为止，已成功制备的MAX相约为130种；新型的MAX相也正被不断地报道和提出。

目前预测晶体结构的方法包括实验表征方法和计算建模方，：1)实验表征：该方法是确定材料结构的核心策略；然而，即使现如今高通量与自动化方法的引入，此种方法依然具有耗时与测试昂贵的特点。2)计算建模：随着高速计算机的发展，以及将多体相互作用进行简化的单电子势计算方法的发明，使通过量子力学原理来计算和预测材料结构成为可能。由此，该手段使计算机设计材料成为了可能。然而，该方法目前依然存在着一些困难：i)虽然人们对化合物中存在的原子间相互作用已经有了充分的认识，但是对固体整体能量的计算依然非常困难。这是因为单原子的能级处于106eV级别，而结合能仅处于1～10eV每原子的范围内，由此人们必须具有0.000001或更高的计算精度才可以对此作出精确的估算。ii)固体中原子、离子和电子的数目极大，因此更加大了这类计算的难度，从而使该方法在预测精确度上低于实验的观测。

发明内容

针对现有技术中晶体结构稳定性预测方法耗时长，测试成本昂贵且预测精确低的问题，本发明提供一种分析预测MAX相材料可形成能力的方法，构建二维结构映射图谱，划定提取MAX相可形成的特征域，提取能够判断MAX相可形成能力的有效判据，为搜寻新型的MAX相提供指导原则。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种分析预测MAX相材料可形成能力的方法，包括以下步骤：

S1、选取影响晶体结构稳定性的特征因子；

S2、基于选取的特征因子建立用于预测MAX相可形成能力的结构映射模型；

S3、基于稳定的MAX相和第一性原理计算得到的非稳定的MAX相，构建结构映射图谱；

S4、将潜在的MAX相组成元素的物理参数输入步骤S2得到的结构映射模型，结构映射模型输出数据集，将数据集在步骤S3的结构映射图谱中可视化，探索潜在可形成的MAX相材料。

优选的，步骤S1中，基于合金定律和MAX相电子结构选取特征因子。

优选的，所述特征因子包括泡利电负性差、原子尺寸差、价电子浓度以及s，p和d轨道的角度特征。

优选的，步骤2中结构映射模型如下：