• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
26.01.2023
Сколтех
309

Синтез высокоэнтропийных карбидов стал эффективнее

4.6

Исследователи из Сколтеха и Томского политеха настроили синтез пятикомпонентного карбида — прочного и тугоплавкого соединения углерода и пяти переходных металлов, которое имеет перспективы применения в промышленной керамике и катализе. На основании фундаментальных теоретических принципов, численного моделирования и машинного обучения ученые определили условия синтеза однофазного карбида — так называется состояние вещества, где все атомы металлов равномерно распределены по объему кристалла, — и подтвердили верность предсказания экспериментально. При этом использовался перспективный безвакуумный электродуговой метод синтеза, который экономит значительное количество электроэнергии.

Синтез высокоэнтропийных карбидов стал эффективнее / ©Getty images

Исследование опубликовано в журнале первого квартиля npj Computational Materials. Высокоэнтропийные карбиды (ВЭК) — соединения, представляющие собой эквимолярный многокомпонентный однофазный твердый раствор из пяти и более карбидов переходных металлов IV и V групп, имеющих кубическую кристаллическую решетку типа NaCl. Одним из основных факторов, отвечающих за стабилизацию ВЭК, является конфигурационная энтропия, или энтропия смешивания, которая должна быть больше 1,5R, где R — универсальная газовая постоянная, то есть в составе должно быть не менее пяти основных элементов.

Эти материалы обладают уникальными механическими свойствами, имеют высокую температуру плавления, низкую теплопроводность, чем и привлекают все больший интерес у исследователей. По сравнению с бинарными соединениями карбидов, ВЭК обладают повышенной твердостью, трещиностокойстью и температурной стабильностью.

Наиболее распространенным методом синтеза высокоэнтропийных карбидов является реакционное искровое плазменное спекание (ИПС) предварительно гомогенизированного сырья на основе индивидуальных карбидов металлов, чистых металлов или оксидов металлов. Обычно синтез ВЭК проводится при высоких температурах порядка 2 200–2 300 °C, а ИПС осуществляется при давлении порядка 10–60 МПа с выдержкой 10–15 мин. В то же время гомогенизация сырья может проводиться более одного дня.

«Метод безвакуумного электродугового синтеза позволяет получать высокоэнтропийный карбид в виде порошка без использования сложного дорогостоящего оборудования, потребляющего основной объем электроэнергии, в частности вакуумных насосов для достижения высокого вакуума или прессов для создания внешнего давления. На нашей установке порошок высокоэнтропийного карбида синтезируется без применения давлений и вакуума, в чем и заключается уникальность установки.

Кроме того, мы можем гибко варьировать параметры синтеза, чтобы получать как многофазные образцы, так и однофазные. ВЭК является относительно новым классом материалов, и нам еще предстоит определить фактические свойства материала и направления его использования, в частности, для создания тугоплавкой керамики, катализаторов различного назначения и в других областях», — рассказывает Александр Пак, кандидат технических наук, заведующий Лабораторией перспективных материалов энергетической отрасли, руководитель стратегического проекта «Энергия будущего» ТПУ.

Сотрудники Сколтеха, ТПУ, РНИМУ с помощью методов канонического Монте-Карло (КМК) с использованием межатомных потенциалов машинного обучения, а также первопринципных расчетов определили температурные условия для образования однофазных и многофазных образцов. Расчеты показали, что использование низкой температуры синтеза будет приводить преимущественно к образованию многокомпонентных образцов ВЭК, где имеет место сосуществование двух и более различных фаз многокомпонентных карбидов, в то время как при температурах выше 1 500 °C будет образовываться однофазный образец ВЭК.

«Метод канонического Монте-Карло позволил нам предсказать термодинамически стабильную кристаллическую структуру ВЭК при различных температурах синтеза, в результате чего была определена температура перехода многофазного ВЭК в однофазный. Наши данные моделирования были использованы для проведения экспериментов при температурах ниже температуры перехода и выше. Результаты эксперимента подтвердили полученные нами данные моделирования.

Таким образом, мы смогли реализовать единую исследовательскую цепочку от компьютерной модели до реального образца», — рассказывает Вадим Сотсков, аспирант группы по применению искусственного интеллекта для материаловедения Сколтеха. Работа выполнена при финансировании Российского научного фонда.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
9 часов назад
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

Вчера, 21:31
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

Сегодня, 10:37
МГППУ

Психологи из МГППУ показали, что субъективное благополучие молодых людей зависит не от их собственных ценностных ориентаций, а от степени соответствия таковых у их окружения. Результаты исследования, в котором приняли участие более двух с половиной тысяч подростков из разных регионов России, подтвердили эту гипотезу: чем больше расхождение между представлениями о том, какие должны быть ценностные ориентации, и теми, которые имеет сам человек, тем ниже уровень его субъективного благополучия.

23 февраля
Полина

Многие родители стремятся отдать детей в двуязычную школу, чтобы те развивались лучше и быстрее. Однако такое образование способно даже навредить ребенку, показало исследование.

Позавчера, 15:03
Дарья Боголюбова

Огромное число экзопланет, формально лежащих в зоне обитаемости, на деле могут быть малопригодными для жизни, полагают авторы новой научной работы. Причем виноват в этом весьма неожиданный фактор переменного тока.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: