http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/63434 2026-04-11T12:45:41Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/63475 Electronic structures and mechanical properties of boron and boron-rich crystals (Part I) Shirai, K. This article attempts to provide a consistent description for the unique characters of boron and boron-rich solids from the electronic-structure calculations. Recent developments of the first-principles calculation provide significant contributions to our understanding of the unusual properties of this class of materials. In particular, a combination of high-pressure experiment is successful in providing convincing evidence for our understanding, while it gives rise to unforeseen developments, such as discovery of superconductivity. Throughout analyses of many properties of boron solids, care is repeated for the effects of special arrangement of atoms and atom relaxation for those of complicated structures, which otherwise would mislead our intuitive interpretations. Special emphasize is placed on the phase stability and phase transitions at high pressure, because of recent successive discoveries of novel hard materials, such as γ-orthorhombic boron and diamond-like BC₅ compound. The first part of this review describes the ground state of boron and boron-rich crystals. The energy gap, native defects, and phonon properties are discussed.; Дана стаття є спробою дати несуперечливий опис унікальних властивостей бору й багатих бором твердих тіл, виходячи з розрахунків електронної структури. У першій частині цього огляду описано основний стан бору й збагачених бором кристалів. Обговорено ширину забороненої зони, власні дефекти й властивості фононів.; Данная статья является попыткой дать непротиворечивое описание уникальных свойств бора и богатых бором твердых тел, исходя из расчетов электронной структуры. В первой части этого обзора описывается основное состояние бора и обогащенных бором кристаллов. Обсуждаются ширина запрещённой зоны, собственные дефекты, и свойства фононов. 2010-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/63474 Predicting new superhard phases Li, Q.; Wang, H.; Ma, Y.M. The search for new superhard materials is of great importance in view of their major roles played for the fundamental science and the industrial applications. Recent experimental synthesis has made several great successes, but the synthetic difficulty in general remains. Materials design technique is greatly desirable as a request to assist experiment. In this paper, two rational theoretical methods of design of superhard materials have been reviewed: (i) substitutional method, which is successful in some cases, but limited to the known chemically related phases, and (ii) global free energy minimization method, which can be applied to large scale of materials with the only information of chemical compositions. The successful applications have been described and the main principles are summarized.; Пошуки нових надтвердих матеріалів дуже важливі як з погляду їх ролі для фундаментальної науки, так і промислового застосування. Нещодавно було проведено декілька дуже успішних експериментів синтезу, однак труднощі синтезу загалом збереглися. Для допомоги в експериментах дуже потрібна техніка проектування матеріалів. У даній статті розглянуто два раціональні теоретичні методи дизайну надтвердих матеріалів: (1) метод заміщення, який є успішним у деяких випадках, але обмежується відомими хімічно спорідненими фазами, і (2) метод глобальної мінімізації вільної енергії, який може бути застосований до великої кількості матеріалів при наявності тільки інформації про хімічний склад.; Поиски новых сверхтвердых материалов очень важны как с точки зрения их роли для фундаментальной науки, так и промышленного применения. Недавно было проведено несколько очень успешных экспериментов синтеза, однако трудности синтеза в общем сохранились. Для помощи в экспериментах нужна техника проектирования материалов. В данной статье рассмотрены два рациональных теоретических метода дизайна сверхтвердых материалов: (1) метод замещения, который является успешным в некоторых случаях, но ограничивается известными химически родственными фазами, и (2) метод глобальной минимизации свободной энергии, который может быть применен к большому количеству материалов при наличии только информации о химических составах. 2010-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/63473 Intrinsic hardness of crystalline solids Tse, J.S. The current status of various theoretical approaches to the prediction of material hardness has been reviewed. It is shown that the simple empirical correlation with the shear moduli generally provide very good estimates of the Vickers hardness. Semi-empirical models based solely on the strength of the chemical bonds, although performed as well, are theoretically incomplete. First-principles calculations of the ideal stress and shear strength is perhaps the most reliable and theoretically sound approach available to compare theoretical predictions with experiment.; Розглянуто сучасний стан різних теоретичних підходів до прогнозування твердості матеріалів. Показано, що проста емпірична кореляція з модулем зсуву звичайно дає дуже хорошу оцінку твердості за Віккерсом. Розроблені також напівемпіричні моделі, основані виключно на міцності хімічного зв’язку, є теоретично неповними. Розрахунки з перших принципів ідеального напруження і міцності на зсув є, мабуть, найбільш надійним і теоретично обґрунтованим підходом для порівняння теоретичних прогнозів з експериментальними результатами.; Рассмотрено современное состояние различных теоретических подходов к прогнозированию твердости материалов. Показано, что простая эмпирическая корреляция с модулем сдвига обычно дает очень хорошую оценку твердости по Виккерсу. Разработанные также полуэмпирические модели, основанные исключительно на прочности химических связей, являются теоретически неполными. Расчеты из первых принципов идеального напряжения и прочности на сдвиг представляют собой, вероятно, наиболее надежный и теоретически обоснованный подход для сравнения теоретических прогнозов с экспериментальными результатами. 2010-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/63472 Thermodynamic model of hardness: Particular case of boron-rich solids Mukhanov, V.A.; Kurakevych, O.O.; Solozhenko, V.L. A number of successful theoretical models of hardness have been developed recently. A thermodynamic model of hardness, which supposes the intrinsic character of correlation between hardness and thermodynamic properties of solids, allows one to predict hardness of known or even hypothetical solids from the data on Gibbs energy of atomization of the elements, which implicitly determine the energy density per chemical bonding. The only structural data needed is the coordination number of the atoms in a lattice. Using this approach, the hardness of known and hypothetical polymorphs of pure boron and a number of boron-rich solids has been calculated. The thermodynamic interpretation of the bonding energy allows one to predict the hardness as a function of thermodynamic parameters. In particular, the excellent agreement between experimental and calculated values has been observed not only for the room-temperature values of the Vickers hardness of stoichiometric compounds, but also for its temperature and concentration dependencies.; В останній час було запропоновано ряд вдалих теоретичних моделей твердості. Термодинамічна модель твердості, яка ґрунтується на кореляції між твердістю і термодинамічними властивостями твердих тіл, дає можливість спрогнозувати твердість відомих або навіть гіпотетичних твердих тіл, виходячи з даних по енергії Гіббса атомізації елементів, які опосередковано визначають енергетичні характеристики хімічного зв’язку. При цьому єдиною необхідною структурною характеристикою є координаційне число атомів у решітці. У рамках даного підходу була розрахована твердість відомих і гіпотетичних модифікацій елементарного бору и ряду сполук на його основі. Термодинамічна інтерпретація енергетичних характеристик хімічного зв’язку дає можливість розрахувати твердість фаз як функцію їх термодинамічних параметрів. Зокрема, хороше співвідношення між експериментальними та розрахунковими значеннями твердості за Віккерсом спостерігали не тільки для стехіометричних сполучень при кімнатній температурі, але і для температурної та концентраційної залежностей твердості.; В последнее время был предложен ряд удачных теоретических моделей твердости. Термодинамическая модель твердости, основанная на корреляции между твердостью и термодинамическими свойствами твердых тел, дает возможность спрогнозировать твердость известных или даже гипотетических твердых тел, исходя из данных по энергии Гиббса атомизации элементов, которые косвенно определяют энергетические характеристики химических связей. При этом единственной необходимой структурной характеристикой является координационное число атомов в решетке. В рамках данного подхода была рассчитана твердость известных и гипотетических модификаций элементарного бора и ряда соединений на его основе. Термодинамическая интерпретация энергетических характеристик химических связей позволяет рассчитать твердость фаз как функцию их термодинамических параметров. В частности, хорошее соответствие между экспериментальными и расчетными значениями твердости по Виккерсу наблюдали не только для стехиометрических соединений при комнатной температуре, но и для температурной и концентрационной зависимостей твердости. 2010-01-01T00:00:00Z