Υπολογιστική μέθοδος ανακαλύπτει εκατοντάδες νέα κεραμικά! Μια ερευνητική ομάδα αποτελούμενη από επιστήμονες των υλικών στο Πανεπιστήμιο Duke ανέπτυξε μία υπολογιστική μέθοδο μέσω της οποίας ανακάλυψαν μια νέα κατηγορία υλικών με εξαιρετικές θερμικές και ηλεκτρονικές ανοχές, τα οποία θα μπορούσαν να επιτρέψουν σε συσκευές να λειτουργούν σε θερμοκρασίες πολλών χιλιάδων βαθμών Κελσίου.

Πιο σκληρά από τον χάλυβα και σταθερά σε χημικά διαβρωτικά περιβάλλοντα, αυτά τα υλικά θα μπορούσαν επίσης να αποτελέσουν τη βάση νέων ανθεκτικών στη φθορά και διάβρωση επιστρώσεων, θερμοηλεκτρικών υλικών, μπαταριών, καταλυτών και συσκευών ανθεκτικών στην ακτινοβολία.

Οι «συνταγές» για αυτά τα υλικά  -κεραμικά κατασκευασμένα με χρήση ανθρακικών νιτριδίων ή βοριδίων μετάλλων μετάπτωσης- ανακαλύφθηκαν μέσω μιας νέας υπολογιστικής μεθόδου που ονομάζεται Disturbed Enthalpy-Entropy Descriptor (DEED). Ήδη από τις πρώτες δοκιμές, η μέθοδος προέβλεψε τη δυνατότητα σύνθεσης 900 νέων συνθέσεων υλικών υψηλής απόδοσης, 17 από τα οποία στη συνέχεια δοκιμάστηκαν και παρήχθησαν με επιτυχία σε εργαστηριακό περιβάλλον.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature και περιλαμβάνουν συνεισφορές από ερευνητές στο Penn State University, Missouri University of Science and Technology, North Carolina State University και State University of New York at Buffalo.

«Η ικανότητα γρήγορης ανακάλυψης συστάσεων νέων υλικών θα επιτρέψει στους ερευνητές να επικεντρωθούν στη βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους, οι οποίες μπορούν να φέρουν επανάσταση στη βιομηχανία», δήλωσε ο Stefano Curtarolo, καθηγητής στο Edmund T. Pratt Jr School.

Η ομάδα του Curtarolo διατηρεί τη βάση δεδομένων Automatic-FLOW for Materials Database (AFLOW), μια τεράστια δεξαμενή δεδομένων για τις ιδιότητες των υλικών που συνδέεται με πολλά διαδικτυακά εργαλεία με στόχο τη βελτιστοποίηση αυτών των ιδιοτήτων. Αυτός ο πλούτος πληροφοριών επιτρέπει στους αλγόριθμους να προβλέπουν με ακρίβεια τις ιδιότητες των συνθέσεων υλικών, χωρίς να χρειάζεται οι ερευνητές να επιχειρήσουν να προσομοιώσουν τις πολυπλοκότητες της ατομικής δυναμικής ή να τις φτιάξουν στο εργαστήριο.

Τα τελευταία χρόνια, η ομάδα του Curtarolo εργάζεται για να αναπτύξει προγνωστικά μοντέλα για υλικά «υψηλής εντροπίας» που αντλούν ενισχυμένη σταθερότητα από ένα χαοτικό μείγμα ατόμων, αντί να βασίζονται αποκλειστικά στην πρότυπη ατομική δομή των συμβατικών υλικών. Το 2018, η ομάδα ανακάλυψε καρβίδια υψηλής εντροπίας με τη μέθοδο αυτή.

«Τα καρβίδια υψηλής εντροπίας είχαν όλα σχετικά ομοιόμορφη ποσότητα ενθαλπίας, αλλά για να προβλέψουμε νέες κεραμικές συνθέσεις με άλλα μέταλλα μετάπτωσης, έπρεπε να λάβουμε υπόψιν μας την ενθαλπία».

Για να γίνουν αντιληπτές οι έννοιες της εντροπίας και της ενθαλπίας και το ρόλο τους σε αυτήν την εφαρμογή, ας σκεφτούμε ένα 10χρονο παιδί που προσπαθεί να κατασκευάσει ένα σπίτι από έναν τεράστιο σωρό Lego. Ακόμη και με περιορισμένους τύπους δομικών στοιχείων, θα υπήρχαν πολλά πιθανά αποτελέσματα σχεδιασμού.

Πηγή: https://rawmathub.gr/epistimonika-nea-gia-ta-raw-materials/epistimoniki-erevna/ypologistiki-methodos-anakalyptei-ekatontades-nea-keramika
Photo: daniel_diaz_bardillo/pixabay