Люди начали создавать сплавы около 5000 лет назад, смешивая медь и олово для получения бронзы ⏳. С тех пор разработка сплавов совершила гигантский скачок, отмечает профессор Северо-Восточного университета Монеш Упманью.
«Сейчас это точно наука 🧪, а не искусство — у нас есть таблица Менделеева, и мы знаем свойства элементов, которые смешиваем», — говорит он.
Недавно журнал Journal of Applied Physics выбрал новое исследование Упманью по дизайну сплавов как «Выбор редакции» 🌟. В работе представлена вычислительная модель, которая за секунды предлагает стратегии создания реальных материалов. В отличие от традиционных экспериментов и ИИ-подходов, модель быстрее, дешевле 💰 и точнее 🎯.
Ключевой прорыв: учёт дефектов в материалах ⚠️. Кристаллы в металлах и керамике содержат несовершенства структуры — например, дислокации (отсутствующие атомные плоскости) или границы зёрен (стыки кристаллов с разной ориентацией). Эти «дефекты» часто усиливают прочность 💪, электропроводность ⚡ или устойчивость к коррозии.
«Современные методы игнорируют их, хотя они критически влияют на свойства сплавов», — подчёркивает Упманью. Например, дислокации позволяют материалу деформироваться, не ломаясь, а границы зёрен (с площадью как у баскетбольной площадки 🏀 в крошечном кристалле) становятся «магнитами» для примесей.
Новая модель симулирует, как примеси взаимодействуют с границами зёрен при температурах выше абсолютного нуля 🌡️. «Эти дефекты не статичны — они «танцуют», и мы изучаем их движение вместе с примесями», — объясняет учёный.
Хотя работа сосредоточена на стали 🔩, модель применима к керамике 🏺 и другим материалам. Она предсказывает не только механические, но и тепловые, электрические и магнитные свойства 🧲.
Главное преимущество: точные результаты за наносекунды симуляции ⏱️. «Кратковременный «снимок» колебаний даёт данные, совпадающие с реальными экспериментами», — говорит Упманью.
Исследование открывает путь к созданию более прочных, доступных и функциональных материалов будущего 🚀.
Материал предоставлен Северо-Восточным университетом.