Influence of chemical disorder on mechanical and thermal properties of multi-component rare earth zirconate pyrochlores (nRE1/n)2Zr2O7

焦绿石 材料科学 非谐性 热导率 化学键 各向异性 陶瓷 锆酸盐 凝聚态物理 声子 热障涂层 热力学 复合材料 化学 物理 光学 有机化学 相(物质) 钛酸酯
作者
Yiran Li,Wu Qi,Mengling Lai,Jingjing Zhao,Yuchen Liu,Yi Fan,Yun‐Chiao Yao,Bin Liu
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:132 (7) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0099786
摘要

To explore the underlying mechanism of chemical disorder in high-entropy pyrochlores, ten rare earth zirconates (nRE1/n)2Zr2O7 (n = 1, 2, and 4, RE = La, Nb, Sm, Eu, and Gd) are studied by using first-principles calculations. The mechanical and thermal properties are carefully analyzed with a special focus on local structural evolution and interatomic interaction. It is found that all three kinds of bond lengths increase linearly with lattice parameters whether the pyrochlore involves chemical disorder or not. Compared with the single-component counterparts, the multi-component pyrochlores are recognized to exhibit higher elastic constants and moduli but lower elastic anisotropy. Meanwhile, (LaSmEuGd)2Zr2O7 shows the lowest thermal conductivity, which can be attributed to the larger La atoms and the weaker La–O bonding. Furthermore, the abnormal strengthening of phonon anharmonicity in (SmEu)2Zr2O7 emphasizes the significance of fluctuation in local distortion rather than enhancement in chemical disorder on decreasing thermal conductivity for high-entropy ceramics. This work uncovers the physical origins of the chemical disorder effect on mechanical and thermal properties for pyrochlores and further shed some lights on the design of high-performance high-entropy ceramics with great potential applications including thermal barrier coatings.
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