Метод основан на замещении атомов кристаллической структуры металлов. Новые материалы могут использоваться для аэрокосмической отрасли и автомобилестроения
Исследователи из Самарского государственного технического университета (СамГТУ) разработали метод моделирования, позволяющий предсказать строение структуры ещё не существующих металлических соединений — интерметаллидов — соединений на основе двух или более металлов, обладающих повышенной прочностью и устойчивостью к температурам. Предложенный подход упростит разработку новых материалов для аэрокосмической отрасли и автомобилестроения.
Мы предложили подход, который ускорит разработку новых материалов для разных отраслей промышленности. Он позволит точно смоделировать структуру соединения с интересующими свойствами, подобрать подходящий топологический шаблон и лишь после этого проводить синтез, который требует затрат времени и ресурсов.
— Ольга Блатова, доцент Самарского государственного технического университета (СамГТУ)
Железо, медь, алюминий и другие чистые металлы имеют относительно простое строение: их атомы плотно упакованы в кристаллические решётки высокой симметрии. При этом смешение нескольких металлов создаёт сложные конфигурации на атомном уровне; моделирование таких систем осложняется тем, что текущие методы не принимают во внимание все аспекты сети атомных взаимодействий.
Для решения этой проблемы исследователи из СамГТУ разработали новый подход к проведению подобных расчётов — кристаллическая структура металлов рассматривается в виде трёхмерной сетки, в узлах которой находятся атомы, соединённые условными прямыми линиями. Эту сеть можно рассматривать как набор более простых пересекающихся подсетей с меньшим числом узлов, часть которых при необходимости можно удалить.
Исследователи предположили, что в эти пустоты можно встроить атомы другого металла, сохранив черты более простой решётки исходного металла при расчёте свойств интерметаллидов. Последующие расчёты на примере трёх наиболее распространенных вариантов кристаллических решёток подтвердили справедливость этой гипотезы, что позволило учёным воспроизвести архитектуру многих известных материалов, применяемых в промышленности.
В частности, материаловедам удалось точно просчитать свойства интерметаллидов на основе титана и хрома, церия и кадмия, родия и ванадия, а также найти 90 разных архитектур подобных веществ, лишь 16 из которых лежат в основе уже известных соединений нескольких металлов. Последующее теоретическое и практическое изучение оставшихся семи десятков структур поможет открыть много новых интерметаллидов.