科学家用创纪录的熔点预测材料,超过4,400开尔文 2017-05-07 09:01:06

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由铪和碳制成的化合物具有一些已知最高的熔点使用计算机模拟,布朗大学的工程师预测,用铪,氮和碳制成的材料将具有比任何已知材料更高的熔点图像:Van de Walle lab /布朗大学的布朗大学科学家预测,由铪,氮和碳制成的材料将具有最高的已知熔点,约为太阳表面温度的三分之二普罗维登斯,罗德岛(布朗大学) - 使用强大的计算机模拟研究,来自布朗大学的研究人员发现了一种熔点高于任何已知物质的材料

物理评论B(快速通信)期刊中描述的计算表明,用恰当量的铪,氮和碳将具有超过4,400开尔文(7,460华氏度)的熔点,这大约是温度的三分之二

太阳的表面,比实验记录的最高熔点高200开尔文实验记录保持者是由铪,钽和碳元素(Hf-Ta-C)制成的物质但是这些新的计算结果表明铪,氮和碳的最佳组成 - HfN038C051 - 是一个有希望的候选人,可以创造新的标志研究人员现在正在进行的下一步是合成材料并证实实验室的研究结果“开始时的优势计算方法是我们可以非常便宜地尝试许多不同的组合,并找到可能值得在实验室中进行试验的组合,“Axel van de Walle,工程学副教授和博士后研究员Qijun Hong的研究的共同作者”否则我们只是在黑暗中拍摄现在我们知道我们有一些值得一试的东西“研究人员使用的计算技术通过模拟推断出熔点按照量子力学定律,在原子水平上进行物理过程该技术着眼于在纳米尺度上发生的熔化动力学,大约100个原子的块

它比传统方法更有效,但由于大量潜在化合物进行测试这项工作是使用美国国家科学基金会的XSEDE计算机网络和布朗的“奥斯卡”高性能计算机集群Van de Walle和Hong开始的,分析了熔点为的Hf-Ta-C材料已经通过实验确定该模拟能够阐明导致材料显着耐热性的一些因素

工作表明,Hf-Ta-C结合了高熔化热(当它从固体转变为液体时释放或吸收的能量) )固相和液相的熵(无序)之间的微小差异“使熔化的东西是熵d在相变过程中,“van de Walle解释说”如果固体的熵已经很高,那么往往会稳定固体并提高熔点“研究人员随后利用这些发现寻找可能的化合物最大化这些性质他们发现含有铪,氮和碳的化合物具有类似的高熔化热,但固体和液体的熵之间的差异较小当用计算方法计算熔点时,它就出来了高于实验记录的200开尔文Van de Walle和Hong现正与加州大学戴维斯分校的Alexandra Navrotsky实验室合作,合成化合物并进行熔点实验,Navrotksy的实验室配备了这样的高温实验

指向用于各种用途的新型高性能材料,从燃气轮机的电镀到隔热罩在高速飞机上但是,HfN038C051化合物本身是否是一种有用的材料尚不清楚,van de Walle说“熔点不是唯一重要的[在材料应用中],”他说“你需要考虑机械性能和抗氧化性以及各种其他性能之类的东西所以考虑到这些因素你可能想要将其他东西混合在一起可能会降低熔点但是因为你已经开始这么高,你有更多的余地调整其他属性 所以我认为这让人们知道可以做些什么“这项工作也证明了这种相对较新的计算技术的力量,van de Walle说近年来,人们有兴趣使用计算来探索大量候选人的物质属性化合物已经增加,但大部分工作都集中在比熔点更容易计算的性质上“熔点是一个非常难以预测的问题,与以前相比,”van de Walle说“对于建模社区,我认为这就是特别之处“这项工作得到了美国海军研究办公室(N00014-12-1-0196和N00014-14-1-0055)以及布朗大学通过使用其设施的支持

计算和可视化中心本研究中使用的极端科学和工程发现环境(XSEDE)得到了美国国家科学基金会Grant No ACI-1053575的支持

出版物:Qi-Jun Hong和Axel v de Walle,“从ab initio分子动力学计算预测具有最高已知熔点的材料”,Phys Rev B 92,020104(R),2015; doi:101103 / PhysRevB92020104资料来源:布朗大学