Учёные СамГТУ предсказали 90 архитектур интерметаллидов — 74 новые
Исследователи из России разработали метод прогнозирования структуры интерметаллидов — соединений, образующихся на основе двух и более металлов и отличающихся повышенной прочностью и термостойкостью. Новый подход призван упростить и ускорить создание 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 нужными свойствами, подобрать подходящий топологический шаблон и лишь после этого проводить синтез, требующий времени и ресурсов", — пояснила доцент Самарского государственного технического университета (СамГТУ) Ольга Блатова.
Ученые отметили, что чистые металлы — железо, медь, алюминий и другие — имеют относительно простые кристаллические решетки высокой симметрии, в которых атомы упакованы плотно и регулярно. Введение в материал нескольких металлов одновременно приводит к формированию значительно более сложных архитектур. Моделирование таких систем затрудняется из‑за того, что существующие методы не учитывают всей совокупности межатомных связей и топологических особенностей.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи СамГТУ предложили новый вычислительный подход, при котором кристаллическая структура представляется в виде трёхмерной сетки: в узлах находятся атомы, связанные условными прямыми. Такая сетка может быть разложена на набор более простых взаимопроникающих подсеток с меньшим числом узлов, часть которых допускается «удалить», формируя пустоты в исходной структуре.
Гипотеза авторов заключалась в том, что в образовавшиеся пустоты можно поместить атомы другого металла, что позволит при расчётах сохранить ключевые признаки более простой базовой решётки и адекватно предсказать свойства интерметаллидов. Последующие численные модели на примерах трёх наиболее распространённых типов кристаллических решёток подтвердили работоспособность предложенной концепции и позволили воспроизвести архитектуру многих известных промышленных материалов.
В практической части исследования материаловедам удалось точно просчитать свойства интерметаллидов на основе титана и хрома, церия и кадмия, родия и ванадия. В результате учёные выявили 90 различных архитектур подобных соединений, из которых только 16 соответствуют уже известным интерметаллидам. По мнению исследователей, дальнейшее теоретическое и экспериментальное изучение оставшихся 74 структур может привести к открытию новых интерметаллидов с востребованными промышленностью свойствами.