«Мы знали, что эти границы зерна влияют на существенные особенности в течение многих десятилетий», говорит Срикэнт Пэйтала, соответствующий автор статьи о работе и доценте материаловедения и разработки в государственном университете NC. «Но было чрезвычайно трудно понять то, на что те дефекты похожи на атомном уровне и, поэтому, чтобы понять, как эти структурные неисправности затрагивают силу материала, жесткость, податливость и так далее.«Теперь у нас есть инструмент, который позволяет нам видеть и на самом деле понять то, на что эти беспорядочные строения атома действительно похожи – и это – большой шаг к выяснению точно, что продолжается», говорит Пэйтала.У большинства материалов есть конкретное строение атома, которое является довольно регулярным. Например, у алюминия есть кубическая структура с атомами, которые выстраиваются в линию в длинные цепи кубов, тогда как титан формируется в то, что является в основном стопками шестиугольников.
Но когда два материала встречаются, такой как в металлическом сплаве, эти опрятные, организованные структуры столкновение друг с другом, создавая беспорядочную границу зерна.Модель, разработанная в исследовательской группе Пэйталы, находит неправильные трехмерные формы в границе зерна, классифицирует их и затем определяет образцы тех неправильных форм.
«Достижения в микроскопии могут помочь нам захватить изображения того, как атомы устроены в границе зерна, но тогда мы действительно не знаем то, на что мы смотрим – Вы можете соединить точки любым путем, Вы хотите», говорит Пэйтала. «Наш инструмент помогает различить образцы геометрических особенностей в атомном пейзаже, который может казаться хаотичным.«Теперь, когда эти образцы могут быть определены, следующий шаг для вычислительных исследователей – как я – чтобы работать с экспериментальными исследователями, чтобы определить, как те образцы затрагивают свойства материала», говорит Пэйтала.Как только эффект образцов хорошо понят, та информация может использоваться, чтобы лучше определить достоинства и недостатки определенных типов границы зерна, ускоряя развитие новых сплавов или других материалов.Инструмент, названный Многогранной Моделью Единицы, может привыкнуть к образцовым границам зерна для любого материала, в котором привлекательностью между атомами управляет только расстояние между атомами, такими как металлы и ионные твердые частицы – включая некоторую керамику.
Однако подход не работает на материалы, такие как углерод, которые создают так называемые направленные связи.«Мы в настоящее время работаем над созданием Многогранной Модели Единицы, общедоступной через общедоступное программное обеспечение», говорит Пэйтала. «Мы планируем иметь его к концу года, и надо надеяться раньше».