Вчені з використанням комп'ютерного моделювання прогнозували матеріал з точкою розплавлення записів

Вчені з Браунського університету (Rhode Island, США) за допомогою комп'ютерного моделювання обчислюють, що матеріал, виготовлений з гафнію, азоту та вуглецю, має найвищу точку плавлення, відомену дату. У своїх підрахунках вчені використовували закони квантової механіки.

На початку 20 ст. відкрився металевий гафній. Вогнетривка сама по собі - її точка плавлення 2506 К. Хоча це менше, скажеш, знаменитий вольфрам (3695 K), але сплави за участю вуглецю і гафнію мають довгий набір записів для плавлення температури.

Наприклад, з 1930 року запис для цього показника був проведений карбідом танталаму (Ta4HfC5) - 4215 К. Але новий гіпотетичний матеріал перемагає цей конкурс при температурі не менше 4400 К. Це більше 3/4 від ефективної температури поверхні Сонця (5778 K). Але все це тільки теорія - все ще потрібно зробити такий матеріал і перевірити його в дуже гарячій печі.

Але факт, що такі теорії можна розрахувати на комп'ютері, є великим кроком вперед. «Перевага підходу, в якому дослідження починається з комп’ютерних імітацій, що ми можемо перевірити багато різних комбінацій, не витрачаючи багато на тести, і знайти варіанти, які варто експериментувати з лабораторією», – пояснює Аксель-ван-де-Віль, доцент і співавтор статті. Зазвичай ми будемо діяти на випадковому, але зараз ми знаємо, що експериментувати з.

Використовуючи надкомп’ютер, вчені імітували фізичні процеси на атомному рівні, моделюючи поведінку сотень атомів з використанням законів квантової фізики. Випробувано з структури карбіду танталюму, вчені з використанням комп’ютерних обчислень, які фактори призводять до такої точки високої плавлення.

Виявилося, що карбід танталюм поєднує в собі високу специфічну спеку плавлення з невеликою різницею в ентропії між рідиною і твердими фазами. Як ван де Weil пояснюється, коли матеріал плавиться, його ентропія збільшується, і якщо різниця ентропії між твердим і рідким станом невелика, то температура, необхідна для переходу фази досить висока. Виходячи з цього, вони змогли вибрати матеріал, який має різницю в ентропії нижче оригінальної, а точка плавлення відповідно, вище.

З сплавів танталюму і гафнію роблять частини ракетної технології (нозоль, газові тарди) і електроди для повітряно-плазми і киснево-флеємного різання металів. Характеристика теоретично прогнозованого матеріалу ще повинна бути уточнена на практиці - властивості, такі як механічні властивості, оксидність і т.д., не менш важливі, ніж точка плавлення. Але, як Van de Weil ноти, робота над теоретичним розрахунком точки плавлення дуже важлива, так як досить важко розрахувати, у порівнянні з іншими характеристиками матеріалів.

Джерело: geektimes.ru/post/259520/