Ursprung der hohen Härte sowie der optoelektronischen und thermo-physikalischen Eigenschaften bor-reicher Verbindungen B6X (X = S, Se): Eine umfassende Studie mittels DFT-Ansatz

In der vorliegenden Studie wurden die strukturellen und bis jetzt nicht untersuchten mechanischen (elastische Steifigkeitskonstanten, Bearbeitungsindex, Cauchy-Druck, Anisotropie-Indizes, Sprödigkeit/Verformbarkeit, Poisson-Zahl), elektronischen, optischen und thermodynamischen Eigenschaften neuartiger bor-reicher Verbindungen B6X (X = S, Se) unter Verwendung der Dichtestheorie untersucht. Die geschätzten strukturellen Gitterparameter stimmten mit dem vorherigen Bericht überein. Die mechanische und dynamische Stabilität dieser Verbindungen wurde theoretisch etabliert. Die Materialien sind spröde und elastisch anisotrop. Der Wert der Bruchzähigkeit KIC für B6S und B6Se beträgt ∼ 2,07 MPam0,5 und bewertet den Widerstand gegen die Rissausbreitung innerhalb der Materialien. Sowohl die Verbindungen B6S als auch B6Se weisen hohe Härtewerte im Bereich von 31–35 GPa auf und haben das Potenzial, herausragende Mitglieder der Klasse harter Verbindungen zu sein. Starke kovalente Bindungen und ein scharfer Gipfel bei niedrigen Energien unterhalb des Fermi-Niveaus, bestätigt durch die partielle Dichte der Zustände (PDOS), führten zur hohen Härte. Das Profil der Bandstruktur sowie die Zustandsdichte beurteilen die indirekte halbleitende Natur der genannten Verbindungen. Der vergleichsweise hohe Wert der Debye-Temperatur (ΘD), die minimale thermische Leitfähigkeit (Kmin), die latente thermische Leitfähigkeit (kph), der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient und die niedrige Dichte deuten darauf hin, dass beide bor-reichen Chalkogenide als thermomanagement Materialien verwendet werden könnten. Große Absorptionskapazitäten im mittleren Ultraviolettbereich (3,2–15 eV) der untersuchten Materialien und eine niedrige Reflektivität (∼16%) sind signifikant zu verzeichnen. Solche günstigen Eigenschaften geben den Verbindungen unter Untersuchung das Versprechen, in UV-Oberflächen-Desinfektionsgeräten sowie in medizinischen Sterilisierungsanwendungen eingesetzt zu werden. Exzellente Korrelationen wurden unter allen untersuchten physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen gefunden.