Авторитетный научный журнал Physical Review Materials опубликовал результаты прорывного исследования в области материаловедения. Ученые успешно разработали инновационный метод определения твердости материалов — ключевого параметра, характеризующего устойчивость вещества к механическим воздействиям, включая деформацию, образование вмятин и царапин. Традиционно оценка твердости проводится методом индентирования, при котором специальный инструмент из сверхтвердого материала (как правило, алмаза) вдавливается в исследуемый образец.
Твердость материала вычисляется путем анализа соотношения между приложенной силой давления и размером оставленного отпечатка. В условиях стремительного развития промышленности возрастает потребность в инновационных материалах, обладающих улучшенными прочностными характеристиками. Перспективным решением данной задачи становится внедрение передовых компьютерных технологий, позволяющих проводить масштабный анализ и отбор материалов с оптимальными свойствами.
Современные достижения в области вычислительных технологий открывают впечатляющие возможности для точного моделирования структурных и физических характеристик разнообразных соединений. Особую значимость приобретает способность не только прогнозировать строение материала, но и с высокой точностью рассчитывать его механические параметры, в частности твердость, что критически важно при создании материалов с заданными свойствами.
Существующие методики прогнозирования твердости базируются на анализе силы химических связей, показателях ионности, электроотрицательности кристаллических структур и параметрах упругости. Научной группе удалось создать эффективную и точную модель, основанную на инновационном подходе к оценке сдвигового модуля упругости и производной объемного модуля упругости по давлению. Эти параметры доступны как через экспериментальные исследования, так и посредством атомистического моделирования, что подтвердил Фаридун Джалолов, ведущий исследователь из Сколтеха.
Ключевым преимуществом применения сдвигового модуля в новой модели является его уникальная способность учитывать направленность деформационных процессов в кристаллической решетке. Это позволяет осуществлять пространственное картирование твердости различных материалов с учетом анизотропии их кристаллической структуры. Использование производной модуля упругости по давлению дает возможность учесть температурное влияние на твердость материала.
Эффективность разработанной модели убедительно продемонстрирована на примере исследования твердых и сверхтвердых материалов, включая диборид рения (ReB2) и карбид бора (B4C). Полученные результаты температурной зависимости твердости демонстрируют высокую корреляцию с экспериментальными данными и прогнозами систем машинного обучения. Профессор Александр Квашнин, руководитель исследования, подчеркивает практическую применимость модели, основанную на возможности получения всех необходимых параметров непосредственно из расчетов или экспериментальных данных.
Источник: naked-science.ru
