First-principles study of structure and mechanical properties of TMB12(TM = W and Ti) superhard material under pressure
Source abstract
Abstract
We apply the first-principles calculations to investigate the structure, mechanical, and thermodynamic properties of WB12and TiB12under high pressure (0–100 GPa). The calculated results show that WB12and TiB12are thermodynamically stable at the 0 GPa or high pressure. WB12is more thermodynamically stable than TiB12. In particular, the calculated Vickers hardness of WB12and TiB12at the ground state is 29.9 GPa and 43.2 GPa, respectively, indicating that TiB12is a potential superhard material. With increasing pressure, the calculated elastic modulus of WB12and TiB12increases gradually. The calculated electronic structure shows that the high Vickers hardness and elastic properties of WB12and TiB12derive from the 3D network B–B covalent bonds. In addition, the calculated Debye temperature at the ground state is 927 K for WB12and 1339 K for TiB12, respectively. With increasing pressure, the calculated Debye temperature of WB12and TiB12increases gradually. Our work shows that TiB12not only exhibits high hardness but also shows better thermodynamic properties in comparison with WB12.
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Research context
OpenAlex topics: Boron and Carbon Nanomaterials Research · Metal and Thin Film Mechanics · Diamond and Carbon-based Materials Research
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