高温高压合成亚稳碱金属和碱土金属硼化物的研究

本项目将采用第一性原理的计算方法，设计出系列的新型碱金属和碱土金属二元硼化物亚稳相结构模型，预测其高压下形成的可能性和基本物理性质；通过高温高压液固反应合成技术，结合物相结构分析手段，从实验上探索碱金属和碱土金属二元硼化物亚稳相的形成规律，建立典型硼化物的P-T相图，合成出系列新型亚稳碱金属和碱土金属硼化物；采用物理性能测试系统(PPMS)和高温热导仪及Seeback系数测定仪等现代测试分析手段，给出这些硼化物亚稳相在2-1000K温度范围内的基本物理性质，阐明物理性质与晶体结构、价键结构和电子结构的关系。探索碱金属和碱土金属硼化物产生独特物理性质(超导和磁性)的机理，本项目开展的研究工作将可能在实验上制备系列具有特殊功能性质的新型金属硼化物材料，为深入理解碱金属和碱土金属硼化物形成规律和物理性能的变化规律奠定研究基础。

本项目采用Calypso和第一性原理的计算方法，预测了LiB、Li4B3、Li3B2、Li2B和Li3B五种体系的17种可能存在的Li-B化合物的晶体结构，并研究了其电子结构和稳定性及其随压力的变化行为，预测了MS-LiB和P-Li2B化合物的超导温度。通过高温高压液固反应合成技术，成功制备了CaB6、Mn掺杂CaB6和SrB6单晶体，结合物相结构及微观分析等手段，给出了单晶体的形貌和详细的结构参数，分析了其生长行为。采用物理性能测试系统(PPMS)和高温热导仪等现代测试分析手段，给出这些硼化物亚稳相在2K-室温范围内的电学、磁学和热学等基本物理性质，阐明物理性质与晶体结构、价键特性和电子结构的关系。采用高温高压合成技术探索了Li-B和CaB2的制备工艺，XRD分析表明在Li-B合成产物中获得了LiB、LiB6和Li9B70相，在Ca-B体系中存在立方结构CaB2相(a=b=3.342Å和c=4.129 Å)。超导性能测定表明8GPa - 1000℃和10GPa - 1000℃两个Li-B高温高压合成样品中存在超导相，其超导温度约为42~43℃。上述的研究内容为进一步制备新型Li-B和Ca-B化合物，深入理解碱金属和碱土金属硼化物形成规律和物理性能的变化规律奠定研究基础。