تنبأ العلماء باستخدام محاكاة الكمبيوتر للمواد بنقطة انصهار قياسية

قام علماء المواد من جامعة براون (رود آيلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية) باستخدام محاكاة الكمبيوتر بحساب أن مادة مصنوعة من الهافنيوم والنيتروجين والكربون سيكون لها أعلى درجة انصهار على الإطلاق حتى الآن. استخدم العلماء في حساباتهم قوانين ميكانيكا الكم. تم اكتشاف

معدن الهافنيوم في أوائل القرن العشرين. إنه صهر في حد ذاته - نقطة انصهاره هي 2506 كلفن.

على سبيل المثال ، منذ عام 1930 ، كربيد التنتالوم-الهافنيوم (Ta ₄ HfC₅ ) - 4215 ك. لكن المادة الافتراضية الجديدة تفوز بهذه المنافسة بدرجات حرارة لا تقل عن 4400 كلفن ، أي أكثر من 3/4 من درجة حرارة سطح الشمس الفعالة (5778 كلفن). صحيح ، كل هذا مجرد نظرية حتى الآن - لا يزال من الضروري تصنيع هذه المواد واختبارها في فرن ساخن للغاية.

لكن حقيقة أن مثل هذه النظريات يمكن حسابها على الكمبيوتر هي خطوة كبيرة إلى الأمام. يوضح مساعد أكسل فان دي فال ، المساعد: "إن ميزة النهج ، الذي يبدأ فيه البحث بمحاكاة الكمبيوتر ، هو أنه يمكننا اختبار العديد من المجموعات المختلفة دون ارتفاع تكلفة الاختبار ، والعثور على الفور على تلك الخيارات التي يجب أن تجربها في المختبر". الأساتذة والمؤلف المشارك للمقال. "في الوضع الطبيعي ، كنا نتصرف بشكل عشوائي - ولكننا نعرف الآن ما يجب أن نختبره."

باستخدام الكمبيوتر العملاق لمؤسسة العلوم الوطنية ، قام العلماء بمحاكاة العمليات الفيزيائية على المستوى الذري ، ومحاكاة سلوك مئات الذرات ، باستخدام قوانين فيزياء الكم. استنادًا إلى هيكل كربيد التانتالوم-الهافنيوم ، اكتشف العلماء الذين يستخدمون حسابات الكمبيوتر تحديدًا العوامل التي تؤدي إلى مثل هذا الانصهار المرتفع.

اتضح أن كربيد التنتالوم-الهافنيوم يجمع بين حرارة محددة عالية من الانصهار مع اختلاف بسيط في الإنتروبيا بين الطور السائل والصلب. كما يشرح فان دي ويل ، عندما تذوب المادة ، يزداد الإنتروبيا ، وإذا كان الفرق في الكون بين الحالة الصلبة والسائلة صغيرًا ، فإن درجة الحرارة المطلوبة لانتقال الطور مرتفعة إلى حد ما لمثل هذه المادة. وبناءً على ذلك ، تمكنوا من اختيار مادة يكون اختلافها في الكون أقل من اختلاف المادة الأولية ، ودرجة حرارة الانصهار ، على التوالي ، أعلى.

يتم استخدام سبائك التانتالوم وسبائك الهافنيوم لصنع أجزاء تكنولوجيا الصواريخ (الفوهات ، موجات الغاز) والأقطاب الكهربائية لقطع المعادن بالبلازما والأكسجين. لم يتم بعد توضيح خصائص المواد المتوقعة نظريًا في الواقع - حيث إن الخصائص مثل الخواص الميكانيكية ، وقابلية التأكسد ، وما إلى ذلك ، لا تقل أهمية عن نقطة الانصهار. ولكن ، كما يشير فان دي فيل ، فإن العمل على الحساب النظري لدرجة حرارة الانصهار مهم في حد ذاته ، لأنه من الصعب جدًا حسابه ، مقارنة بخصائص المواد الأخرى.

Source: https://habr.com/ru/post/ar382409/