Светът на съвременните материали - Най-огнеупорният материал
Най-твърдият материал
Използвайки мощни компютърни модели, изследователите от университета Браун са идентифицирали материал с точка на топене, по-висока от всяко известно вещество. Изчисленията показват, че материал, направен от хафний, азот и въглерод, ще има точка на топене над 4400 K. Това е около две трети от температурата на повърхността на Слънцето и с 200 K по-висока от най-високата точка на топене, регистрирана някога по време на експеримента.
По-рано беше експериментално потвърдено, че вещество, направено от елементите хафний, тантал и въглерод (HF-Ta-C), има рекордна точка на топене.Изчисленията, представени в списанието Physical Review B, показаха, че материал, направен с определен състав от хафний, азот и въглерод (HF-N-C), ще има точка на топене над 4400 K, което е с 200 K по-високо от експерименталния резултат. Направените изчисления показват, че оптималният състав на материала от хафний, азот и въглерод е HfN0.38C0.51. Следващата стъпка на изследователите ще бъде да синтезират материал, за да потвърдят констатациите на лабораторията.
Изследователите са използвали изчислителен метод, при който точката на топене се изчислява чрез симулиране на физически процеси на атомно ниво, следвайки закона на квантовата механика. Динамиката на топене се изучава в наномащаб, в блокове от около 100 атома. Изследователите започнаха с анализ на материала HF-Ta-C, за който точката на топене вече беше определена експериментално. Симулациите успяха да изяснят някои от факторите, които допринасят за способността на материала да издържа на топлина.
Работата показа, че HF-Ta-C комбинира висока топлина на топене (енергията се освобождава или абсорбира, когато се променя от твърдо в течно) с малка разлика междуентропия на твърдата и течната фаза.
След това изследователите са използвали тези открития, за да намерят съединения, които биха могли най-добре да отговорят на тези изисквания. Те откриха, че съединение от хафний, азот и въглерод ще има подобна висока точка на топене, но по-малка разлика между твърдата и течната ентропия. Когато изчислиха точката на топене, тя се оказа с 200 K по-висока от тази, получена в експеримента за HF-Ta-C.
Точки на топене на Ta-HF-C-N сплави. Плътните кръгове показват изчислените точки на топене в системите HF-C и Hf-C-N, а отворените кръгове показват данни за системата Ta-HF-C за сравнение.
Работата може в крайна сметка да посочи нови висококачествени материали за приложения, вариращи от покрития за газови турбини до части за високоскоростни самолети. Все още не е ясно дали HfN0.38C0.51 ще стане този нов материал, казват изследователите.