Bor Zengini Amorf Malzemeler

Abstract

Bu TÜBİTAK 1001 projesi kapsamında, bor zengini farklı amorf malzemeler [B1-xSix, B1-xCx, B1- xOx, ve B1-xLix (0, 5 ≥ � ≥ 0,05)] ab initio moleküler dinamik tekniği kullanılarak sıvı hallerin hızlıca soğutulması sonucu modellenmiş ve bu malzemelerin atomik yapıları, elektronik yapıları ve mekanik özellikleri ayrıntı olarak araştırılmıştır. Bunlara ek olarak, bu malzemelerin bazı oranlarının yüksek basınçtaki davranışları incelenmiştir. Bazı malzemelerde, örneğin BC ve BO malzemelerinde, bor oranının artmasıyla iki boyutlu yapıdan üç boyutlu yapıya geçiş gözlemlenmiştir. Ayrıca yüksek bor oranlarında, B12 icosahedralların oluştuğu bulunmuştur. B12 molekülüne ek olarak nano boyutunda B7, B10, B14, B16 kafes moleküllerinin oluşumu bazı malzemelerde gözlemlenmiştir. Modellenen malzemelerin her birinin yarıiletken özelliği gösterdiği fakat yasak band aralığında bor oranına bağlı genel bir eğilim olmayıp dalgalanmaların olduğu bulunmuştur. B12 moleküllerinin oluşumunun malzemelerin mekanik özelliğini dikkate değer bir şekilde etkilediği ve bor oranı yüksek olan malzemelerin daha sert bir özellik gösterdiği bulunmuştur. Yüksek basınç uygulamasıyla, malzemelerin daha yoğun bir amorf yapıya faz geçişişi yaptığı ve malzemeye bağlı olarak, faz geçişlerinin tersinir ya da tersinir olmayan faz geçişleri olduğu gözlemlenmiştir.

In this TÜBİTAK 1001 project, different boron-rich amorphous materials [B1-xSix, B1-xCx, B1- xOx, and B1-xLix (0.5 ≥x≥0.05)] were modeled from the rapid solidification of the melts using ab initio molecular dynamics technique and their atomic structures, electronic structures and mechanical properties were studied in details. In addition, the high-pressure behavior of some of these materials was probed. In some materials, for example in BC and BO, a transition from a two-dimensional structure to a three-dimensional structure was observed with increasing boron content. Furthermore, at high boron rates, the formation of B12 icosahedrons was perceived in all materials. In addition to the B12 molecules, the formation of cage-like nanosized B7, B10, B14, B16 molecules was observed in some materials. Each material modelled showed semiconductor properties but no trend was detected in the forbidden band gap energy with boron ratio. It was found that the formation of B12 molecules significantly affects the mechanical properties of materials and that materials with high boron contents exhibit a high hardness. It was perceived that with the application of high pressure, all materials undergo a phase transition to a high-density amorphous state and depending on the materials, phase transitions were observed to be either reversible or irreversible phase transitions.