Синтез высокоэнтропийных карбидов стал эффективнее
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно