Российские ученые из Казанского федерального университета создали метод, с помощью которого можно быстро и точно определять температуру Аррениуса - процесс, от которого и зависит процесс затвердевания материалов. Такой подход, предложенный авторами, позволил определить данный параметр с точностью более 90% для различных типов расплавов — металлических, силикатных, боратных и органических. Нововведенный алгоритм не только ускорит производство таких материалов , как стекло и сплавы металлов, но и поможет точнее контролировать их качество. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, были опубликованы в журнале Materials.
Многие твердые материалы, например стекла, металлы и пластмассы, изначально имеют вид расплавов (на профессиональном сленге) — жидкостей с высокой вязкостью, которые при определенной температуре застывают и начинают переходить в твердое состояние. Температурой Аррениуса принято называть точку. при которой и начинается процесс изменения агрегатного состояния материала. Если же температура выше данного значения, то атомы материала подвижны, что делает материал текучим.
Знать температуру Аррениуса важно при производстве любых твердых материалов, поскольку она помогает предсказывать вязкость и атомную структуру конечного вещества. Однако точно определить температуру Аррениуса для силикатных и боратных материалов, например стекол, оказывается сложной задачей, поскольку в них медленное движение атомов группами продолжается даже после достижения температуры, соответствующей застыванию. Силикатные стекла — пожалуй, самый распространенный вид этого материала, поскольку они применяются при изготовлении окон, аквариумов, посуды и многих других вещей.
Ученые из Казанского федерального университета разработали компьютерный алгоритм на основе нейросети, который позволит с высокой точностью просчитать температуру Аррениуса. До этого момента специалистам не удавалось определить те характеристики, которые однозначно влияют на значение температуры Аррениуса и которые можно использовать при ее оценке.
В базы, ученые использовали данные, с которыми работал алгоритм. Авторы использовали всего четыре физические характеристики материалов, которые они измерили в лабораторных условиях и нашли в подходящей литературе. Исследователи протестировали алгоритм на примере металлических, силикатных, боратных и органических стекол, для которых все четыре параметра были известны. Весь набор данных был разделен авторами на три группы: в первой группе алгоритм обучался, вторая использовалась для его проверки, а третья — уже для полного расчета температуры Аррениуса.
Результаты показали, что для созданной нейросети самыми важными показателями являлись - температура плавления и стеклования материала, для оценки температуры Аррениуса. По этим двум значениям алгоритм определил температуру Аррениуса для всех проанализированных жидкостей с точностью более 90%. Более того, ученые получили математическое уравнение, которое связывает температуру Аррениуса с температурами плавления и стеклования. Оно позволит оценивать температуру Аррениуса, не прибегая к дорогостоящим экспериментальным измерениям.
«Температуры плавления и стеклования легко определяются в лабораторных условиях. Более того, их можно найти в соответствующей литературе. Поэтому расчет данной температуры по этим данным становится довольно легкой и быстрой процедурой. Это поможет упростить анализ свойств жидкостей и точнее оценивать характеристики конечных твердых материалов. В дальнейшем мы планируем адаптировать разработанный алгоритм к материалам с более сложным составом и структурой, таким как полимеры», — рассказывает исполнитель проекта - Булат Галимзянов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов КФУ.
Ну а если Вам понадобилась установка пластиковых окон прямо сейчас, то Вам с радостью поможет Компания Райт Окна. Все наши специалисты высококвалифицированные и готовы к любым трудностям.
Записывайтесь на бесплатный выезд специалиста по номеру +7 (383) 234-99-88