Computationally Accelerated Discovery of High Entropy Pyrochlore Oxides

焦绿石 尖晶石 离子键合 组态熵 萤石 热力学 材料科学 氧气 化学物理 长石 氧化物 相(物质) 化学 离子 物理 冶金 有机化学
作者
Krishna Chaitanya Pitike,A. Macías,Markus Eisenbach,Craig A. Bridges,Valentino R. Cooper
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (4): 1459-1472 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c02361
摘要

High entropy ceramics provide enhanced flexibility for tailoring a wide range of physical properties, emerging from the diverse chemical and configurational degrees of freedom. Expanding upon the endeavors of recently synthesized high entropy ceramics in rock salt, fluorite, spinel, and perovskite structures, we explore the relative feasibility of formation of high entropy pyrochlore oxides, A2B2O7, with multication occupancy of the B-site, estimated from first-principles-based thermodynamic descriptors. Subsequently, we used Monte Carlo simulations to estimate the phase composition, oxygen vacancy concentration, and local ionic segregation as a function of temperature and oxygen partial pressure. In synergy with the theoretical calculations, we have investigated the synthesis of several multicomponent oxides with a pyrochlore composition, related to our computational investigations, resulting in four phase pure and one 97.4% pure high entropy pyrochlore oxides. Ultimately, our approach allows us to evaluate potential impurity phases, ionic disorder, and oxygen vacancy concentration in response to the experimental variables, thereby making realistic predictions that can direct and accelerate experimental synthesis of novel multicomponent ceramics.

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