Maximum achievable N content in atom-by-atom growth of amorphous Si–B–C–N materials

Abstract

Amorfní materiály Si–B–C–N dokážou kombinovat výjimečnou oxidační odolnost do 1500 °C s vysokoteplotní stabilitou vynikajících funkčních vlastností. Protože některé tyto charakteristiky vyžadují co nejvyšší obsah N, maximální dosažitelný obsah N v amorfním Si–B–C–N byl prozkoumán pomocí kombinace extenzivních ab-initio simulací využívajících molekulární dynamiku s experimentálními daty. Obsah N je limitován tvorbou molekul N2, které nejsou k amorfní síti vázány, a tento proces závisí na složení a hustotě. Maximální obsah N vázaného v amorfních sítích Si–B–C–N je při hustotě odpovídající minimální energii roven 34 % až 57 % (materiály připravitelné bez současné tvorby N2) nebo nejvýše 42 % až 57 % (za cenu současného vytváření molekul N2). Výsledky jsou důležité pro porozumění experimentálně zjištěným obsahům N, pro design stabilních amorfních nitridů s optimalizovanými vlastnostmi a cest pro jejich přípravu a pro identifikaci toho, co v této oblasti je a není dosažitelné.