Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
3 часа назад
Сколтех
83

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
Вчера, 17:40
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

Позавчера, 08:19
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

Вчера, 10:53
Сергей Васильев

Компьютерное моделирование двойных систем продемонстрировало, что их планеты способны сохранять стабильные орбиты на протяжении миллиарда лет и даже более. Это повышает шансы на развитие жизни в мирах, напоминающих фантастический Татуин.

Вчера, 17:40
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

21 января
Сергей Васильев

Грибница вешенок оказалась усеяна крошечными отростками, заполненными мощным нейротоксином, который почти мгновенно парализует мелких червей. Ученым удалось выяснить, из чего состоит и как действует этот смертельный яд.

Позавчера, 08:19
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

9 января
Александр Березин

Избыточный вес убивает куда больше людей, чем войны с голодом вместе. До самых недавних пор это объясняли то «мусорным» фастудным питанием, то недостаточными физическими нагрузками. Научные работы показывают: эти гипотезы были неверны. За последние полвека сильно потолстели даже лабораторные животные, корм и нагрузки которых не менялись. Эпидемия лишнего веса действительно убийственна, но ее причина не в калориях или нехватке нагрузки. А в чем же? Naked Science исследует для вас этот вопрос.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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
Лучшие материалы
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: