Probing the Effect of Alloying Elements on the Interfacial Segregation Behavior and Electronic Properties of Mg/Ti Interface via First-Principles Calculations

材料科学 微观结构 Atom(片上系统) 堆积 兴奋剂 表面能 粘附 相(物质) 电子结构 结晶学 复合材料 冶金 计算化学 化学 光电子学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Yunxuan Zhou,Hao Lv,Tao Chen,Shijun Tong,Yulin Zhang,Bin Wang,Jun Tan,Xianhua Chen,Fusheng Pan
出处
期刊:Molecules [MDPI AG]
卷期号:29 (17): 4138-4138
标识
DOI:10.3390/molecules29174138
摘要

The interface connects the reinforced phase and the matrix of materials, with its microstructure and interfacial configurations directly impacting the overall performance of composites. In this study, utilizing seven atomic layers of Mg(0001) and Ti(0001) surface slab models, four different Mg(0001)/Ti(0001) interfaces with varying atomic stacking configurations were constructed. The calculated interface adhesion energy and electronic bonding information of the Mg(0001)/Ti(0001) interface reveal that the HCP2 interface configuration exhibits the best stability. Moreover, Si, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, La, Ce, Nd, and Gd elements are introduced into the Mg/Ti interface layer or interfacial sublayer of the HCP2 configurations, and their interfacial segregation behavior is investigated systematically. The results indicate that Gd atom doping in the Mg(0001)/Ti(0001) interface exhibits the smallest heat of segregation, with a value of −5.83 eV. However, Ca and La atom doping in the Mg(0001)/Ti(0001) interface show larger heat of segregation, with values of 0.84 and 0.63 eV, respectively. This implies that the Gd atom exhibits a higher propensity to segregate at the interface, whereas the Ca and La atoms are less inclined to segregate. Moreover, the electronic density is thoroughly analyzed to elucidate the interfacial segregation behavior. The research findings presented in this paper offer valuable guidance and insights for designing the composition of magnesium-based composites.

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