Computermodel forudsiger, hvordan brud på metallisk glas frigiver energi på atomniveau

Metalliske glas - legeringer, der mangler den krystallinske struktur, der normalt findes i metaller - er et spændende forskningsmål for pirrende applikationer, herunder kunstige led og andre medicinske implantater. Imidlertid, vanskelighederne forbundet med at forudsige, hvor meget energi disse materialer frigiver, når de går i stykker, bremser udviklingen af ​​metalliske glasbaserede produkter.

For nylig, et par forskere fra Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, New York, udviklet en ny måde at simulere til atomniveau, hvordan metalliske briller opfører sig, når de går i stykker. Denne nye modelleringsteknik kan forbedre computerstøttet materialedesign og hjælpe forskere med at bestemme egenskaberne af metalliske briller. Duoen rapporterer deres resultater i Journal of Applied Physics .

"Indtil nu, imidlertid, der har ikke været nogen levedygtig måde at måle en kvalitet kendt som 'brud energi, 'en af ​​materialernes vigtigste brudegenskaber, i simuleringer på atomniveau, "sagde Yunfeng Shi, en forfatter på papiret.

Brudsenergi er en grundlæggende egenskab for ethvert materiale. Den beskriver den samlede energi, der frigives - pr. arealenhed - af nyskabte brudflader i et fast stof. "At kende denne værdi er vigtigt for at forstå, hvordan et materiale vil opføre sig under ekstreme forhold og kan bedre forudsige, hvordan noget materiale vil mislykkes, "sagde Binghui Deng, en anden forfatter på papiret.

I princippet, enhver legering kan laves til et metallisk glas ved at kontrollere fremstillingsbetingelser som afkølingshastigheden. For at vælge det passende materiale til en bestemt applikation, forskere skal vide, hvordan hver enkelt legering vil fungere under stress.

For at forstå, hvordan forskellige legeringer opfører sig under forskellige forhold, forskerne brugte et beregningsværktøj kaldet molekylær dynamik. Denne computermodelleringsmetode tager højde for kraften, position og hastighed for hvert atom i et virtuelt system.

Ud over, beregningerne for modellen opdateres konstant med oplysninger om, hvordan bruddene spredes gennem en prøve. Denne type heuristisk computerlæring kan bedst tilnærme virkelige forhold ved at tage højde for tilfældige ændringer som brud i et materiale.

Deres model tegner sig for det komplekse samspil mellem tabet af lagret elastisk energi fra et udbrud, og hvor meget det revneres nyoprettede overfladeareal kompenserer for det energitab.

"Computerstøttet materialedesign har spillet en væsentlig rolle i fremstillingen, og det er bestemt til at spille langt større roller i fremtiden, "Sagde Shi.