Алмаз – один из немногих материалов, достаточно прочный и прочный для постоянного шлифования без значительного износа, но, как известно любому потенциальному покупателю, алмазы дороги. Высокая стоимость стимулирует поиск новых твердых и сверхтвердых материалов. Однако экспериментальный поиск методом проб и ошибок сам по себе обходится дорого.
Для развития современных технологий необходим простой и надежный способ прогнозирования новых свойств материалов. Используя вычислительный алгоритм, российские теоретики опубликовали именно такой прогностический инструмент в Journal of Applied Physics от AIP Publishing.
«Наше исследование представляет собой картину, которая может направить экспериментаторов, показывая им направление поиска новых твердых материалов», – сказал первый автор исследования Александр Квашнин из Сколковского института науки и технологий и Московского физико-технического института.
Волоконная оптика с высокой скоростью передачи данных пришла на смену медным проводам, и материаловеды тоже ищут новые материалы с желаемыми свойствами для поддержки современных технологий.
Когда дело доходит до горнодобывающей, космической и оборонной промышленности, все дело в поиске материалов, которые нелегко ломаются, и для этого требуется оптимальное сочетание твердости и вязкости разрушения. Но теоретически предсказать твердость и вязкость разрушения сложно. Квашнин объяснил, что, хотя существует множество прогнозных моделей, по его оценке, они в лучшем случае на 10-15% ниже нормы.
Российская команда недавно разработала вычислительный подход, учитывающий все возможные комбинации элементов периодической таблицы Дмитрия Менделеева, получивший название «Менделевский поиск»."Они использовали свой алгоритм для поиска оптимальных твердых и твердых материалов.
Объединив свою модель прогнозирования ударной вязкости с двумя хорошо известными моделями твердости материала, алгоритм ученых узнал, какие области химического пространства соединений наиболее перспективны для жестких, твердых фаз, которые можно было бы легко синтезировать.
Результаты были нанесены на "карту сокровищ" стойкости и прочности. твердость, и ученые были впечатлены увиденным.
Все известные твердые материалы были предсказаны с точностью более 90%. Это доказало предсказательную силу поиска, и недавно обнаруженные комбинации являются потенциальным сокровищем для промышленности.
Квашнин объяснил, что он является частью промышленного проекта, посвященного новым материалам для буровых долот, где экспериментаторы сейчас синтезируют одно из этих сокровищ твердых материалов – пентаборид вольфрама (WB5).
«Этот вычислительный поиск – потенциальный способ оптимизировать поиск новых материалов, намного дешевле, быстрее и достаточно точно», – сказал Квашнин, который надеется, что этот новый подход позволит быстро разрабатывать новые материалы с улучшенными свойствами.
Но они не останавливаются на теории.
Они хотят использовать свои современные методы и подходы, чтобы определить общие правила того, что делает твердые и сверхтвердые материалы среди элементов, чтобы лучше направлять исследователей будущего.