Unraveling Superior Elasticity and Controlled Thermal Expansion in Trigonal MBO3 (M=Al, Ga) with Isolated [BO3] Group: A Theoretical Perspective

热膨胀 化学 弹性(物理) 热力学 密度泛函理论 热稳定性 化学键 计算化学 结晶学 有机化学 物理
作者
Dingfeng Yang,Yurou Tang,Hongxu Xia,Keman Yi,Yuanyuan Li
出处
期刊:European Journal of Inorganic Chemistry [Wiley]
卷期号:27 (30)
标识
DOI:10.1002/ejic.202400379
摘要

Abstract A comprehensive theoretical investigation employing density functional theory explores the electronic structure, temperature‐dependent elasticity, thermodynamic properties, and chemical bonding of trigonal MBO 3 (M=Al, Ga) with isolated [BO 3 ] groups. The results uncover MBO 3 (M=Al, Ga) as indirect semiconductors with superior mechanical stability, characterized by greater resistance to volume compression over shear deformation. Their elasticity exhibits relatively weak temperature dependence, suggesting excellent thermal stability. Thermodynamic analysis predicts that GaBO 3 has a higher thermal expansion coefficient than AlBO 3 , approximately 2.1×10 −5 K −1 and 1.8×10 −5 K −1 at 300 K, respectively. Significantly, the overall thermal expansion coefficients of GaBO 3 and AlBO 3 are lower compared to other borate materials containing isolated [BO 3 ] groups. Chemical bonding insights reveal that GaBO 3 ′s larger thermal expansion is attributed to its larger atomic displacement parameters and weaker Ga−O bond strength. This research positions MBO 3 (M=Al, Ga) as prime candidates for optical device applications due to their well‐characterized elasticity and controlled thermal expansion.
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