近日，伟德bv1946官网張侃教授與⏭➰者在Advanced Materials雜志上發表了題為“Core electron count as a versatile and accurate new descriptor for sorting mechanical properties of diverse transition metal compounds”的文章。本文報導了内殼層電子數(CEC)對過渡族金屬輕元素(TM-LE)化合物成鍵行為的關鍵作用的新發現，提出CEC對材料成鍵行為具有前所未知的重要影響。其與價電子濃度(VEC)結合的全新組合描述符，可精确建立VEC-CEC與過渡族金屬氮化物(TMN)和過渡族金屬二硼化物(TMB₂)的力學性質變化趨勢的關系。

力學性質是最基礎、最重要的材料性質之一，在很大程度上決定了材料的應用範圍和服役壽命。随着工業技術的飛速發展，關鍵裝備相關材料應用場景多元化，對材料力學性質提出了更為廣泛和細緻的要求。因此，尋找可以準确并規律性地描述材料力學性質變化的關鍵因子(描述符)，實現對材料力學性質的高效篩選、分類和預測具有重要意義。

TM-LE化合物因具有化學惰性、熱穩定性及抗氧化性等優異綜合特性而備受關注。同時，這類材料多具有硬質甚至超硬特征而得到廣泛應用。然而，過渡族金屬元素種類多樣，與輕元素形成的TM-LE體系呈現多組分、多結構特征。因此，尋找TM-LE體系的力學性質描述符對于優化和設計其力學性質至關重要。前期工作發現VEC可以捕捉到結構不同的TMB₂和TMN/TMC的力學性質整體變化趨勢，具有跨結構普适性。但是， VEC作為獨立描述符存在嚴重不足：在任一體系中，TM-LE化合物的VEC相同時，力學性質呈現出分布較廣、相關數值呈離散分布的特征，而相近VEC下的TM-LE化合物的力學性質則存在大範圍重疊。因此，亟待在VEC的基礎上尋找第二描述符實現對TM-LE化合物力學性質的進一步精準描述，為優化和設計高硬-高韌材料提供有效判據。

團隊在現有報道VEC對材料力學性質影響的基礎上，提出建立全電子結構與TM-LE化合物力學性質關系的思想，構建VEC-CEC的全新組合描述符，既能成功描述具有不同晶體結構和鍵合差異的TMN和TMB₂的力學性質變化趨勢，又同時解決了這兩個體系中同VEC下的數值離散分布問題，精準度分别達到95.06% (TMN)和92.59% (TMB₂)。随着VEC增加，TMN或TMB₂整體由脆性向延性轉變，而在VEC相同的TMN或TMB₂中，随着溶質原子CEC增加，溶質原子各方向電子離域現象變得顯著。此現象源于内殼層電子屏蔽作用對價電子與帶正電的原子核之間相互作用具有顯著影響，上述電子離域現象進一步導緻金屬原子價電子間d-d相互作用增強，進而提高材料延展性。VEC-CEC描述符有望适用于設計預測更為廣泛材料體系的力學性質，為靶向設計具有特定力學性質的材料體系開辟了新途徑。

TMN、TMB₂力學性質的全新組合描述符：VEC-CEC

伟德bv1946官网博士研究生張睿和谷鑫磊為本文共同第一作者。本文通訊作者為伟德bv1946官网張侃教授和物理學院劉暢博士。美國内華達大學拉斯維加斯分校陳長風教授也參與了此研究工作。該工作得到了國家自然科學基金，吉林省自然科學基金，伟德bv1946官网“金種子”計劃項目資助。

論文全文鍊接：https://doi.org/10.1002/adma.202304729