生物相容性高熵合金的電子結(jié)構(gòu)、原子間成鍵、TBOD和PBOD的應(yīng)用

高熵合金（HEA）是由四種、五種或更多種不同元素組成的復(fù)雜金屬合金。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致體系具有較高的混合熵，有利于在較高溫度下形成無序固溶體，因此焓值在確定其組成、相和長程序（LRO）方面起著關(guān)鍵作用。而當(dāng)HEA經(jīng)歷元素分離、沉淀和化學(xué)排序時，會出現(xiàn)大量的無序現(xiàn)象，但就短程有序（SRO）是否存在、有何性質(zhì)來說，仍不能確定。

來自美國密蘇里大學(xué)堪薩斯城分校物理與天文學(xué)系的Wai-Yim Ching領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，介紹了電子結(jié)構(gòu)、原子間成鍵、總鍵序密度(TBOD)和局部鍵序密度(PBOD)的應(yīng)用，以解決對HEAs形成理論的基本理解及其潛在應(yīng)用的挑戰(zhàn)。他們通過使用先進(jìn)的大型超胞建模方法研究了13種生物仿生設(shè)計的HEAs的電子結(jié)構(gòu)、原子間鍵合和機(jī)械性能，得到了許多對新的和深入的結(jié)果，對生物相容性HEAs的發(fā)展和應(yīng)用至關(guān)重要。他們指出，使用TBOD和PBOD作為評價多組分合金基本性能的關(guān)鍵指標(biāo)時，具有獨(dú)特的優(yōu)勢：即使不考慮HEA的原子組成、成分和大小，它們都可以直接相互比較。此外，單胞中包含有每對原子間的鍵合信息，并將單胞作體積歸一化處理后，該方法就可直接拓展應(yīng)用到其它材料體系。這一特性與其他基于基態(tài)能量的焓值計算方法有很大不同，對于不同組成的多組分HEAs，基于基態(tài)能量的焓值計算方法是非常繁瑣和費(fèi)時的。而該方法巧妙利用了鍵序密度，在保證計算精度的情況下，大幅壓縮了計算成本。 該文近期發(fā)表于npj Computational Materials6:45 (2020)，英文標(biāo)題與摘要如下，。

Fundamental electronic structure and multiatomic bonding in 13 biocompatible high-entropy alloys

Wai-Yim Ching, Saro San, Jamieson Brechtl, Ridwan Sakidja, Miqin Zhang & Peter K. Liaw

High-entropy alloys (HEAs) have attracted great attention due to their many unique properties and potential applications. The nature of interatomic interactions in this unique class of complex multicomponent alloys is not fully developed or understood. We report a theoretical modeling technique to enable in-depth analysis of their electronic structures and interatomic bonding, and predict HEA properties based on the use of the quantum mechanical metrics, the total bond order density (TBOD) and the partial bond order density (PBOD). Application to 13 biocompatible multicomponent HEAs yields many new and insightful results, including the inadequacy of using the valence electron count, quantification of large lattice distortion, validation of mechanical properties with experiment data, modeling porosity to reduce Young’s modulus. This work outlines a road map for the rational design of HEAs for biomedical applications.

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原文標(biāo)題：npj: 生物相容性高熵合金—電子結(jié)構(gòu)和多原子鍵合

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