Diamanten zijn niet alleen de beste vriend van een meisje, ze zijn ook cruciale componenten voor slijtvaste industriële componenten, zoals de boren die worden gebruikt om ondergrondse olie- en gasvoorraden te bereiken. Maar er komt een kostenefficiënte methode om andere geschikte materialen te vinden om de klus te klaren.

Diamant is een van de weinige materialen die hard en sterk genoeg zijn om constant te slijpen zonder noemenswaardige slijtage, maar zoals elke aanstaande kandidaat weet, diamanten zijn prijzig. Hoge kosten drijven de zoektocht naar nieuwe harde en superharde materialen. Echter, de experimentele trial-and-error zoeken is zelf duur.

Een eenvoudige en betrouwbare manier om nieuwe materiaaleigenschappen te voorspellen is nodig om de ontwikkeling van moderne technologie te vergemakkelijken. Met behulp van een rekenalgoritme, Russische theoretici hebben zo'n voorspellend hulpmiddel gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , van AIP Publishing.

"Onze studie schetst een beeld dat experimentatoren kan leiden, hen de richting te wijzen om naar nieuwe harde materialen te zoeken, " zei de eerste auteur van de studie, Alexander Kvashnin, van het Skolkovo Instituut voor Wetenschap en Technologie en het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie.

Als glasvezel, met zijn snelle overdrachtssnelheid, vervangen koperdraadcommunicatie, zo ook zoeken materiaalwetenschappers naar nieuwe materialen met gewenste eigenschappen om moderne technologie te ondersteunen. Als het om de mijnbouw gaat, ruimte- en defensie-industrieën, het draait allemaal om het vinden van materialen die niet gemakkelijk breken, en voor dat, de optimale combinatie van hardheid en breuktaaiheid is vereist. Maar het is lastig om theoretisch de hardheid en breuktaaiheid te voorspellen. Kvashnin legde uit dat hoewel er veel voorspellende modellen bestaan, hij schat dat ze op zijn best 10% - 15% onder de maat zijn.

Het Russische team heeft onlangs een computationele benadering ontwikkeld die rekening houdt met alle mogelijke combinaties van elementen in het periodiek systeem van Dmitri Mendelejev, genaamd 'Mendeleviaanse zoektocht'. Ze hebben hun algoritme gebruikt om te zoeken naar optimale harde en taaie materialen.

Door hun taaiheidsvoorspellingsmodel te combineren met twee bekende modellen voor materiaalhardheid, het algoritme van de wetenschappers leerde welke regio's van de chemische ruimte van verbindingen het meest veelbelovend waren voor taaie, harde fasen die gemakkelijk kunnen worden gesynthetiseerd.

De resultaten werden uitgezet op een "schatkaart" van taaiheid versus hardheid, en de wetenschappers waren onder de indruk van wat ze zagen. Alle bekende harde materialen werden voorspeld met een nauwkeurigheid van meer dan 90%. Dit bewees de voorspellende kracht van de zoekopdracht, en de nieuw onthulde combinaties zijn potentiële schatten voor de industrie.

Kvashnin legde uit dat hij deel uitmaakt van een industrieel project gewijd aan nieuwe materialen voor boorbits, waar experimentatoren nu een van deze harde materiële schatten synthetiseren - wolfraampentaboride (WB5).

"Deze computationele zoektocht is een potentiële manier om de zoektocht naar nieuwe materialen te optimaliseren, veel goedkoper, sneller en vrij nauwkeurig, " zei Kvashnin, die hoopt dat deze nieuwe aanpak de snelle ontwikkeling van nieuwe materialen met verbeterde eigenschappen mogelijk zal maken.

Maar daar houden ze niet op bij de theorie. Ze willen hun moderne methoden en benaderingen gebruiken om de algemene regels vast te stellen voor wat harde en superharde materialen tot de elementen maakt om onderzoekers van de toekomst beter te begeleiden.