Para ilmuwan menggunakan bahan prediksi simulasi komputer dengan catatan titik lebur

Ilmuwan material dari Brown University (Rhode Island, USA) menggunakan simulasi komputer menghitung bahwa bahan yang terbuat dari hafnium, nitrogen, dan karbon akan memiliki titik leleh tertinggi dari semua yang diketahui hingga saat ini. Dalam perhitungannya, para ilmuwan menggunakan hukum mekanika kuantum. Hafnium

logam ditemukan pada awal abad ke-20. Itu sendiri tahan api - titik leburnya adalah 2506 K. Meskipun ini kurang dari, katakanlah, tungsten yang terkenal (3695 K), tetapi paduan dengan partisipasi karbon dan hafnium memiliki catatan panjang untuk titik lebur. Misalnya, sejak 1930, tantalum-hafnium carbide (Ta ₄ HfC

₅ ) - 4215 K. Tetapi materi hipotetis baru memenangkan persaingan ini dengan suhu setidaknya 4400 K. Ini lebih dari 3/4 dari suhu permukaan efektif Matahari (5778 K). Benar, semua ini hanya teori sejauh ini - masih perlu untuk membuat bahan seperti itu dan mengujinya dalam tungku yang sangat, sangat panas.

Tetapi fakta bahwa teori-teori seperti itu dapat dihitung pada komputer adalah langkah besar ke depan. “Keuntungan dari pendekatan ini, di mana penelitian dimulai dengan simulasi komputer, adalah bahwa kami dapat menguji banyak kombinasi berbeda tanpa biaya pengujian yang tinggi, dan segera menemukan opsi-opsi yang layak untuk dicoba di laboratorium,” jelas Axel van de Vale, asisten profesor dan penulis bersama artikel tersebut. "Dalam situasi normal, kita akan bertindak secara acak - tetapi sekarang kita tahu apa yang harus kita coba."

Menggunakan superkomputer dari National Science Foundation, para ilmuwan mensimulasikan proses fisik pada tingkat atom, mensimulasikan perilaku ratusan atom, menggunakan hukum fisika kuantum. Berdasarkan struktur tantalum-hafnium carbide, para ilmuwan yang menggunakan perhitungan komputer telah menemukan faktor-faktor mana yang menyebabkan titik leleh yang tinggi.

Ternyata tantalum-hafnium carbide menggabungkan panas fusi spesifik tinggi dengan perbedaan kecil dalam entropi antara fase cair dan padat. Seperti yang dijelaskan van de Weil, ketika bahan meleleh, entropinya meningkat, dan jika perbedaan entropi antara keadaan padat dan cair kecil, maka suhu yang diperlukan untuk transisi fasa agak tinggi untuk bahan semacam itu. Melanjutkan dari ini, mereka berhasil memilih bahan yang perbedaan entropi lebih rendah daripada yang awal, dan suhu leleh, masing-masing, lebih tinggi.

Paduan tantalum dan hafnium digunakan untuk membuat bagian teknologi roket (nozel, kemudi gas) dan elektroda untuk pemotongan udara-plasma dan api oksigen dari logam. Karakteristik bahan yang diprediksi secara teoritis belum diklarifikasi dalam praktiknya - sifat-sifat seperti sifat mekanik, kemampuan mengoksidasi, dan sebagainya, tidak kalah pentingnya dari titik leleh. Tetapi, seperti yang ditunjukkan oleh van de Veil, pekerjaan pada perhitungan teoritis dari suhu leleh itu signifikan, karena cukup sulit untuk menghitung, dibandingkan dengan karakteristik bahan lainnya.

Source: https://habr.com/ru/post/id382409/