Find alternativer til diamanter til boring

Diamanter er ikke bare en piges bedste ven-de er også afgørende komponenter til slidstærke industrielle komponenter, såsom borekronerne, der bruges til at få adgang til olie- og gasaflejringer under jorden. Men en omkostningseffektiv metode til at finde andre egnede materialer til at udføre jobbet er på vej.

Diamant er et af de eneste materialer, der er hårde og seje nok til konstant slibning uden betydelig slid, men som enhver nær forestående ved, diamanter er dyre. Høje omkostninger driver søgen efter nye hårde og superhårde materialer. Imidlertid, den eksperimentelle søgning og fejlsøgning er i sig selv dyr.

En enkel og pålidelig måde at forudsige nye materialegenskaber er nødvendig for at lette moderne teknologiudvikling. Ved hjælp af en beregningsalgoritme, Russiske teoretikere har udgivet netop sådan et forudsigelsesværktøj i Journal of Applied Physics , fra AIP Publishing.

"Vores undersøgelse skitserer et billede, der kan guide eksperimentelle, viser dem retningen til at søge efter nye hårde materialer, "sagde undersøgelsens første forfatter Alexander Kvashnin, fra Skolkovo Institute of Science and Technology og Moscow Institute of Physics and Technology.

Som fiberoptik, med sin hurtige transmissionshastighed, udskiftet kobbertrådskommunikation, så også søger materialeforskere for at finde nye materialer med ønskelige egenskaber til at understøtte moderne teknologi. Når det kommer til minedrift, rum- og forsvarsindustrien, det handler om at finde materialer, der ikke går let i stykker, og for det, den optimale kombination af hårdhed og brudsejhed er påkrævet. Men det er vanskeligt at teoretisk forudsige hårdhed og brudsejhed. Kvashnin forklarede, at selvom der findes mange forudsigelsesmodeller, han vurderer, at de i bedste fald er 10% - 15% fra mærket.

Det russiske team udviklede for nylig en beregningsmæssig tilgang, der overvejer alle mulige kombinationer af elementer i Dmitri Mendelejevs periodiske system - døbt "Mendelevisk søgning." De har brugt deres algoritme til at søge efter optimale hårde og hårde materialer.

Ved at kombinere deres model for forudsigelse af sejhed med to velkendte modeller for materialehårdhed, forskernes algoritme lærte, hvilke områder i forbindelsernes kemiske rum, der var mest lovende for hårde, hårde faser, der let kunne syntetiseres.

Resultaterne blev afbildet på et "skattekort" over sejhed vs. hårdhed, og forskerne var imponeret over det, de så. Alle kendte hårde materialer blev forudsagt med mere end 90% nøjagtighed. Dette beviste søgningens forudsigelseskraft, og de nyligt afslørede kombinationer er potentielle skatte for industrien.

Kvashnin forklarede, at han er en del af et industriprojekt dedikeret til nye materialer til borekroner, hvor eksperimentelle nu syntetiserer en af ​​disse hårde skatte - wolframpentaborid (WB5).

"Denne beregningssøgning er en potentiel måde at optimere søgningen efter nyt materiale, meget billigere, hurtigere og ganske præcist, "sagde Kvashnin, der håber, at denne nye tilgang vil muliggøre en hurtig udvikling af nye materialer med forbedrede egenskaber.

Men de stopper ikke der med teorien. De vil bruge deres moderne metoder og metoder til at fastsætte de generelle regler for, hvad der gør hårde og superhårde materialer blandt elementerne til bedre at guide fremtidens forskere.