Cristobalite-suppressed Al–SiO 2 ceramic coatings: DFT-guided nanoparticle design for durable oxidation resistance
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Addressing the critical challenge of crack propagation in electrodeposited SiO2 coatings caused by cristobalite phase transitions, the Al nanoparticles were incorporated into SiO2 coatings for enhanced phase stability and durable temperature oxidation resistance. Incorporating Al inhibits and optimizes the generation of cristobalite, suppressing the formation of cracks, thereby reducing the parabolic oxidation rate constant ( ) of the SiO2 coating by 32.4% after oxidation at 900 °C for 100 h. The DFT calculations demonstrate that the introduced Al preferentially exists in a substitutional form, effectively stabilizing the K@SiO2 lattice structure by inhibiting K migration-induced cristobalite precipitation. Thermodynamically, the negative solution energy (-4.367 eV) of K@Six-1AlO2x confirms the spontaneous incorporation of substitutional Al into K@SiO2 lattice. Structurally, substitutional Al forms a shorter Al-K bond (2.91 Å) compared to the Si-K bond (3.39 Å), which can mitigate K-induced channel distortion and hinder the migration of K. Charge distribution analysis reveals that the Mulliken charges of Al (1.040) partially neutralize the Mulliken charges of K (-2.187), reducing electrostatic repulsion and promoting localized bonding. Furthermore, the incorporation of Al can restrain the precipitation of brittle Z-phase, further contributing to improved oxidation performance.
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- Titre Crossref
- Cristobalite-suppressed Al–SiO <sub>2</sub> ceramic coatings: DFT-guided nanoparticle design for durable oxidation resistance
- Date Crossref
- 01/06/2025
- Éditeur
- Tsinghua University Press
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Sun Yat-sen University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Inner Mongolia University of Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Key Laboratory of Guangdong Province pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Guangdong Institute of New Materials pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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School of Materials pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Guangdong Provincial Key Laboratory of Modern Surface Engineering Technology pays non établi dans la noticeStructure de recherche
Sun Yat-sen University, Inner Mongolia University of Science and Technology et Key Laboratory of Guangdong Province, avec 3 autres affiliations.
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