Світ сучасних матеріалів - Найтугоплавкіший матеріал
Найтугоплавкіший матеріал
Використовуючи потужні комп'ютерні моделі, дослідники з Університету Брауна визначили матеріал з температурою плавлення вище, ніж будь-яка з відомих речовин. Розрахунки показують, що матеріал, виготовлений з гафнію, азоту та вуглецю буде мати температуру плавлення більш ніж 4400 К. Це приблизно дві третини від температури на поверхні Сонця і на 200 К вище, ніж найвища точка плавлення з коли-небудь зареєстрованих під час експерименту .
Раніше було експериментально підтверджено, що рекордною температурою плавлення володіє речовина з елементів гафнію, танталу, і вуглецю (HF-Та-C). вуглецю (HF-N-C) буде мати температуру плавлення більше 4400 До, що на 200 До вище, ніж експериментальний результат. Проведені розрахунки показують, що оптимальний склад матеріалу з гафнію, азоту та вуглецю - HfN0.38C0.51. Наступним кроком дослідників стане синтез матеріалу на підтвердження висновків лабораторії.
Дослідники використовували обчислювальний метод, у якому температура плавлення розраховується шляхом моделювання фізичних процесів на атомному рівні, дотримуючись закону квантової механіки. Динаміка плавлення вивчається на нанорівні, у блоках близько 100 атомів. Дослідники розпочали з аналізу матеріалу HF-Та-C, для якого точку плавлення вже визначено експериментально. Моделювання змогло прояснити деякі з факторів, які роблять внесок у здатність матеріалу витримувати тепло.
Робота показала, що в HF-Та-С поєднується висока теплота плавлення (енергія виділяється або поглинається, коли він переходить з твердого стану в рідкий) з невеликою різницею міжентропією твердої та рідкої фаз.
Потім дослідники використовували ці висновки для пошуку сполук, які можуть максимально відповідати таким вимогам. Вони виявили, що з'єднання гафнію, азоту та вуглецю буде мати аналогічну високу температуру плавлення, але меншу різницю між ентропією твердої речовини та рідини. Коли вони розрахували точку плавлення, вона вийшла на 200 До вище, ніж отримана в експерименті HF-Та-C.
Температури плавлення Та-HF-C-N сплавів. Забарвлені кружки позначають розраховані температури плавлення в системах HF-C і Hf-C-N, а незафарбовані кружки показують дані системи Та-HF-C для порівняння.
Робота зрештою може вказати на нові високоякісні матеріали для різних застосувань, від покриттів для газових турбін до деталей високошвидкісних літаків. Чи стане чи ні цим новим матеріалом HfN0.38C0.51 поки що не ясно, кажуть дослідники.