Étude théorique des propriétés physiques du composé de phase MAX Cr2AlC. Comparaison avec son MXène Cr2C

Abstract

Ce travail présente une étude théorique des propriétés structurales, électroniques élastiques et optiques de la phase MAX Cr2AlC (carbure de chrome et d’aluminium) et de son MXène dérivé Cr2C (carbure de chrome) dans le but d’évaluer les performances et le domaine d’application de ces deux matériaux. Une attention particulière a été portée à l’analyse des modifications induites par l’élimination de l’aluminium lors de la transformation de la phase MAX en MXène. Les calculs ont été réalisés à l’aide du code CASTEP, basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) périodique en employant la méthode des ondes planes (PW) en combinaison avec l’approche du pseudopotentiels (PP). L’optimisation géométrique des structures a permis de confirmer la stabilité des deux matériaux, en bon accord avec les résultats expérimentaux et les données issues de la diffraction des rayons X (DRX). L’analyse des propriétés électroniques montre que les deux composés présentent un comportement métallique, caractérisé par la présence d’états électroniques traversant le niveau de Fermi. Une analyse comparative montre que la phase MAX Cr2AlC présente une densité d’états plus élevée et des bandes électroniques plus dispersives en raison de la contribution supplémentaire des orbitales de l’aluminium. L’étude des propriétés élastiques démontre que les valeurs du module de Young (E = 384 GPa), du module de compressibilité (B = 250 GPa) et du module de cisaillement (G = 154) du MXène Cr2C sont plus élevées que ceux du phase MAX Cr2AlC indiquent une meilleure résistance du MXène Cr2C aux déformations mécaniques et à la compression. Enfin, Les résultats des propriétés optiques montre une réponse optique importante ainsi qu’une influence significativement de la pression par le déplacement des pics d’absorption vers les hautes énergies (bleu shift). Dans l’ensemble, les résultats obtenus montrent que le MXène Cr2C conserve les propriétés électroniques de la phase MAX Cr2AlC tout en présentant une rigidité mécanique meilleur favorable à de nombreuses applications. Ces caractéristiques font de ce matériau un candidat prometteur pour les domaines de l’électronique, du stockage de l’énergie, des capteurs et des matériaux composites avancés