Металлические очки иногда формируются, когда литой металл охлажден слишком быстро для его атомов, чтобы договориться в структурированном, прозрачном заказе. Результат – материал с многочисленными желательными свойствами.
Поскольку они – металлы, у металлических очков есть высокая твердость и крутизна и хорошая теплопроводность. Поскольку их структура дезорганизована, их легко обработать и сформировать и трудный разъесть.
Благодаря этим особенностям металлические очки используются в огромном количестве заявлений, включая электрические заявления, ядерную реакторную разработку, медицинские отрасли промышленности, структурное укрепление и лезвия.В то время как металлическое стекло было вокруг в течение многих десятилетий, у ученых нет подсказки, какие комбинации элементов сформируют их. Единственный способ придумать новые металлические очки до настоящего времени состоял в том, чтобы приготовить новые рецепты в лаборатории только с несколькими эмпирическими правилами для руководства и надеждой на лучшее – дорогостоящее усилие и во время и в деньги.В новом исследовании, однако, исследователи из Университета Дюка, в сотрудничестве с группами из Гарвардского университета и Йельского университета, описывают метод, который может предсказать, какие двойные сплавы сформируют металлические очки.
Их техника включает вычисление и сравнение многих карманов различных структур и энергий, которые могли быть найдены в укрепленном сплаве.Результаты были изданы 2 августа 2016, по своей природе Коммуникации.«Когда Вы получаете много структур, формирующихся друг рядом с другом, который отличается, но все еще имеет подобные внутренние энергии, Вы получаете своего рода разочарование, поскольку материал пытается кристаллизовать», сказал Эрик Перим, постдокторский исследователь, работающий в лаборатории Стефано Куртароло, преподавателя машиностроения и материаловедения и директора Центра Геномики Материалов в Герцоге. «Материал не может решить, к какой прозрачной структуре он хочет сходиться, и появляется металлический стакан. То, что мы создали, является в основном мерой того беспорядка».
Чтобы определить вероятность сплава, формирующего стакан, Curtarolo, Perim и их коллеги разломали свою химию на многочисленные разделы, каждый содержащий только горстку атомов. Они тогда обратились к базе данных прототипа, чтобы моделировать сотни структур, которые мог потенциально взять каждый раздел.Названный библиотекой AFLOW, база данных хранит информацию на строениях атома, которые обычно наблюдаются по своей природе. Используя эти примеры, программа вычисляет то, на что новая комбинация элементов была бы похожа с этими структурами.
Например, строение атома поваренной соли – более известный как соль – может использоваться, чтобы построить потенциальную структуру для медного циркония.Эти моделирования производят оценки особенностей для сотен структурных форм, которые мог принять материал. Одна особенность, названная атомной окружающей средой, смотрит на геометрическое расположение самых близких соседей атома. Другой вычисляет сумму энергии, сохраненной в каждом из этих строений атома.
Чтобы определить вероятность сплава, формирующего металлический стакан, программа сравнивает эти две особенности между сотнями различных структур, которые могли быть найдены всюду по материалу. Если у групп атомов друг около друга есть подобные энергии, они хотят сформировать подобные структуры. Но если быстрое охлаждение предотвращает это, металлический стакан появляется.«Большое преимущество для нашей работы состоит в том, что это – высокая пропускная способность, потому что выполнение этого экспериментально слишком отнимающее много времени», сказал Кормак Тоэр, преподаватель исследования помощника в лаборатории Кертэроло. «Вы не можете проверить все составы всех систем в лаборатории.
Это буквально взяло бы навсегда. Идея позади этого состоит в том, что мы можем показать большое количество материалов через несколько дней и выбрать наиболее вероятные, которые должны быть проверены».Группа тогда проверила их измеряющую беспорядок программу, чтобы видеть, могло ли бы это точно предсказать металлические очки, которые уже известны.
Они смогли правильно определить 73 процента – число, они надеются, улучшится, в то время как они продолжают увеличивать структурную информацию и моделирования, сохраненные в их базе данных.На основе их начальной работы они полагают, что приблизительно одна шестая сплавов в их системе должна сделать металлическое стекло. Это – больше чем 250 потенциальных материалов, из которых только приблизительно пара дюжины были обнаружены.«Если Вы поедете в Венецию, то Вы будете видеть, что люди уносят бутылки стекла», сказал Кертэроло. «Вы можете сделать это с металлическими очками также.
Вы можете сделать легкие, очень длительные объекты без любых швов. Но попытка увеличить их трудная. Чем больше глыба, тем дольше это берет свой центр, чтобы охладиться, и более вероятно, это должно сформировать нормальную прозрачную структуру. Но могли бы быть неоткрытые химические комбинации, которые будут легче работать с, стоить меньше или иметь другой, более желательные свойства.
Мы просто должны выяснить, где искать их».Помимо уточнения их результатов для двойных сплавов, исследователи планируют расширить свой алгоритм на сплавы, которые содержат три элемента, поскольку они, более вероятно, сформируют очки, но намного более трудные и отнимающие много времени, чтобы смоделировать.
У их базы данных, однако, есть только приблизительно одна десятая записей для этих сплавов, как это делает для двойных сплавов, таким образом, компьютерные группы во всем мире должны будут сначала работать в течение некоторого времени.