Het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy heeft een methode voor computationele analyse ontwikkeld die kan helpen bij het voorspellen van de samenstelling en eigenschappen van nog niet gemaakte hoogwaardige legeringen.

Deze materialen bestaan ​​uit meerdere elementen (vier of meer) en zijn zeer gewild vanwege hun eenvoudige structuren, uitstekende mechanische eigenschappen over een breed temperatuurbereik, en verbeterde weerstand tegen oxidatie of corrosie. Vooruitgang in deze materialen zou kunnen leiden tot verbeterde prestaties van straalmotoren en een lager brandstofverbruik, evenals andere toepassingen in industrieën waar mechanische onderdelen in ruwe omgevingen moeten werken.

"Wat traditioneel wordt gedaan bij het ontwerpen van materialen, is het aanpassen van wat we weten over materialen die al zijn ontdekt, en we weten dat zelfs kleine veranderingen in de samenstelling van legeringen kunnen resulteren in grote veranderingen in hun eigenschappen, " zei Duane Johnson, Ames Laboratoriumwetenschapper en computationeel theoreticus. "Maar dat betekent dat er een heleboel onontdekt gebied is, vooral in legeringen gemaakt van vier of meer elementen."

Gezien het grote aantal mogelijke combinaties van legeringssamenstellingen, het zou moeilijk zijn voor experimentatoren om te weten waar ze moeten zoeken naar de volgende nieuwe legering met hoge entropie. Niet alleen dat, legeringen met hoge entropie zijn notoir moeilijk te maken, waarvoor dure materialen en speciale verwerkingstechnieken nodig zijn. Zelfs dan, pogingen in een laboratorium garanderen niet dat een theoretisch mogelijke verbinding fysiek mogelijk is, laat staan ​​potentieel nuttig.

"Een goede plek om dan te beginnen, " zei Johnson, "is in staat zijn om experimentatoren te vertellen waar ze NIET moeten kijken." Met behulp van een high-throughput computationele benadering, de onderzoekers gebruikten een unieke elektronische structuurmethode om de eigenschappen van elke willekeurige samenstelling met hoge entropie-legeringen te voorspellen, gelijktijdig beoordelen van hun vermogen om een ​​solide oplossing te vormen in eenvoudige structuren, hun atomaire ordening, hun chemische stabiliteit, en hun mechanische eigenschappen bij wisselende temperaturen.

"Onze berekeningen beantwoorden een aantal vragen, het belangrijkste is 'is het de moeite waard om hier te kijken?'", zei Johnson. "We kunnen de ontwerpruimte voor systemen met meerdere componenten beperken, en omcirkel het (de) gebied(en) waarop u zich wilt richten voor de meest veelbelovende materialen voor onderzoek of ontwikkeling."

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Ontwerp van zeer sterke vuurvaste complexe vaste-oplossing legeringen, " geschreven door Prashant Singh, Aayush Sharma, AV Smirnov, Mouhamad S. Diallo, Pratik K. Ray, Ganesh Balasubramanian en Duane D. Johnson; en gepubliceerd in npj Computational Materials .