综述：增材制造的低合金钢的孔隙率、残余应力、耐磨性能和冲击韧性：综述

《Next Materials》：Porosity, residual stress, wear properties and impact toughness of additively manufactured low-alloy steel: A review

钠钾双卤化物钙钛矿Na?AgInCl?和K?AgInCl?的机械强度、光电子特性及结构稳定性通过第一性原理计算系统分析，证实两者均具有立方Fm-3m对称性、间接带隙半导体特性（2.724-2.701 eV），且K掺杂后材料晶格常数增大（10.45→10.52 ?），弹性模量提升（C11=91.43→92.89 GPa），热电性能优异（Seebeck系数达1013 Ω?1·m?1·s?1），适用于光电器件与能源转换应用。

　　本研究聚焦于两种新型的无铅卤化物双钙钛矿材料，即Na?AgInCl?和K?AgInCl?，旨在通过第一性原理计算全面分析其结构、机械、光学以及热电性能。这类材料因其在清洁能源技术中的潜力而受到广泛关注，尤其是在光电子器件和能量转换系统中。随着全球对可持续能源解决方案的需求不断上升，传统含铅钙钛矿材料由于其毒性和较差的环境稳定性，限制了其在实际应用中的推广。因此，寻找无铅替代材料成为当前研究的热点，而Na?AgInCl?和K?AgInCl?作为潜在的候选者，因其稳定的结构、宽的带隙以及非毒性组成而受到特别关注。

从结构角度来看，这两种材料都具有立方对称性，属于Fm-3m空间群。这一空间群的结构特性使得它们具备良好的对称性和稳定性，为光电子和能量转换应用提供了基础。通过计算优化的晶体结构，研究发现Na?AgInCl?的晶格常数为10.45 ?，而K?AgInCl?的晶格常数则为10.52 ?。这表明，当Na?被K?取代时，材料的晶格尺寸略有增加，主要归因于K?离子的较大半径。此外，研究还指出这两种材料的形成能为负值，表明其具有良好的热力学稳定性，且在Goldschmidt容忍因子方面也符合形成稳定立方钙钛矿的条件（容忍因子范围为0.71至1.0）。K?AgInCl?的容忍因子（τ）为0.855，略高于Na?AgInCl?的0.841，意味着其结构更接近理想立方结构，可能在某些方面表现出更优的特性。

在电子结构方面，这两种材料均表现出半导体特性，其带隙分别为2.724 eV（Na?AgInCl?）和2.701 eV（K?AgInCl?）。这些带隙值位于2.5至3.0 eV之间，与之前文献报道的Ag-In双钙钛矿带隙范围一致。值得注意的是，尽管K?AgInCl?的带隙略小于Na?AgInCl?，但两者都具有较宽的带隙，使其在紫外-可见光波段的光吸收能力较强，这为它们在光电子器件中的应用提供了理论支持。通过计算总态密度（TDOS）和部分态密度（PDOS），研究进一步揭示了材料中各原子轨道的贡献。例如，Na?AgInCl?和K?AgInCl?的价带主要由Cl的3p轨道组成，而导带则主要由Ag和In的s轨道构成。同时，研究还发现，Na和K的轨道在导带中贡献较为显著，这可能与它们的离子半径和电负性差异有关。

在光学性能方面，研究通过计算介电函数、吸收系数和折射率等参数，评估了这两种材料的光吸收能力。结果显示，Na?AgInCl?和K?AgInCl?在可见光波段均表现出较强的光吸收特性，这表明它们在光电子应用中具有较大的潜力。介电函数的实部和虚部分别反映了材料的介电响应和光吸收能力。研究发现，两种材料的介电函数实部在0 eV处分别为2.22和2.23，表明它们的光学特性在低能量区域相似。然而，随着能量的增加，介电函数的虚部在约3 eV处开始显著上升，显示出光吸收的增强趋势。进一步的分析表明，Na?AgInCl?和K?AgInCl?在12 eV处的吸收系数分别达到227.5×10? cm?1和218.9×10? cm?1，表明它们在高能量区域仍然具有一定的光响应能力。此外，材料的折射率也显示出在可见光波段的较高值，这可能与其较强的光吸收能力相关。

在机械性能方面，研究通过计算弹性常数（C??、C??和C??）以及相关参数如体积模量（B）、剪切模量（G）和杨氏模量（E），评估了这两种材料的机械强度和稳定性。结果表明，K?AgInCl?的C??、C??和C??值分别为92.89 GPa、12.53 GPa和10.86 GPa，而Na?AgInCl?的相应值为91.43 GPa、10.84 GPa和8.73 GPa。这表明K?AgInCl?在抵抗单轴和剪切变形方面具有更高的机械强度。体积模量（B）和剪切模量（G）分别为39.32 GPa和18.96 GPa（K?AgInCl?）以及37.71 GPa和17.03 GPa（Na?AgInCl?），进一步支持了K?AgInCl?的更高机械稳定性。此外，通过计算泊松比（η）和体积模量与剪切模量的比值（B/G），研究发现两种材料均具有一定的延展性，其中K?AgInCl?的泊松比为0.292，略低于Na?AgInCl?的0.304，说明其在特定方向上可能具有更优的机械性能。总体而言，K?AgInCl?表现出更优的弹性强度、热稳定性以及各向同性特性，这使其在实际应用中更具优势。

在热电性能方面，研究采用BoltzTrap算法结合半经典玻尔兹曼输运理论，对这两种材料的热电特性进行了深入分析。研究发现，Na?AgInCl?和K?AgInCl?的Seebeck系数在100–600 K范围内呈现上升趋势，并在约900 K时达到峰值。这表明，这两种材料在高温条件下具有较高的热电性能，尤其是在能量转换方面具有潜力。此外，它们的电导率随着温度的升高而逐渐增加，说明其具有半导体特性。在室温下，Na?AgInCl?的电导率约为2.50×1013 Ω?1·m?1·s?1，而K?AgInCl?的电导率则更高，达到5.00×1013 Ω?1·m?1·s?1，这表明K?AgInCl?在载流子传输方面更具优势。热导率的计算结果表明，两种材料在宽温度范围内均表现出较低的热导率，这对于热电应用中的能量转换效率至关重要，因为较低的热导率有助于维持较大的温差。因此，Na?AgInCl?和K?AgInCl?均显示出良好的热电性能，为未来的无铅热电材料开发提供了理论基础。

综上所述，Na?AgInCl?和K?AgInCl?在结构、机械、光学和热电性能方面均表现出良好的特性，使其成为无铅卤化物双钙钛矿材料中的重要候选者。尽管它们的性能在某些方面存在细微差异，例如K?AgInCl?在机械强度和各向同性方面略优于Na?AgInCl?，但两者均具有较高的光吸收能力、稳定的结构以及适中的热电性能。这些特性使其在光电子器件、太阳能电池、光探测器以及热电转换系统中具有广泛的应用前景。未来的研究可以进一步探索这些材料在实际器件中的表现，特别是在柔性电子和可穿戴设备等新兴领域中的潜力。同时，考虑到材料的环境友好性和热稳定性，它们在可持续能源技术中的应用前景值得期待。