Udforskning af mikrostrukturer for højtydende materialer

I løbet af de første par måneder af 2024 blev tidsskriftet Nature har udgivet to videnskabelige artikler medforfattet af Kun Luo, en Iowa State University postdoktorale forskningsassistent i materialevidenskab og ingeniørvidenskab.

"Min forskning sigter mod at afdække de grundlæggende mekanismer, der styrer forskellige materialers adfærd," skrev Ken Luo i en kort biografi, "baner vejen for udvikling af innovative og højtydende materialer på tværs af forskellige industrier."

Luo har en baggrund i eksperimentel videnskab, hvor han studerer superhårde materialer ved hjælp af teknikker inden for højtryksfysik. Han har også ekspertise i teoretiske simuleringer ved hjælp af maskinlæringsværktøjer til at opdage mikrostrukturerne i materialer.

"Gennem hele min karriere har jeg erkendt vigtigheden af ​​teoretisk simulering for at forklare de atomare mekanismer bag materialernes makroskopiske adfærd," sagde han.

I Iowa State arbejder han "på at fortsætte med at udforske mekanismerne bag materiel adfærd."

For disse to Nature undersøgelser (og en anden Natur papir udgivet i juli 2022, som han var den første forfatter til, "Kohærente grænseflader styrer direkte transformation fra grafit til diamant"), brugte Luo de samme værktøjer og teknikker til at bidrage med resultater.

Han startede med rigtige atomarrangementer ved at bruge de bedste tilgængelige elektronmikroskopdata, som gav todimensionelle billeder. Luo brugte disse billeder til at konstruere tredimensionelle atommodeller med computersoftware manuelt.

"I øjeblikket kan eksperimenter ikke observere udviklingen af ​​disse mikrostrukturer in situ under faseovergange, bevægelser eller deformationsprocesser," sagde Luo. "Derfor kan effektive beregningssimuleringer give os et solidt teoretisk grundlag for at afdække mekanismerne bag disse fænomener, hvilket i sidste ende fører til overbevisende konklusioner."

Luo sagde, at undersøgelsen beskrevet i 2022 Nature papir om den direkte transformation fra grafit til diamant resulterede i opdagelsen af ​​et nyt materiale kaldet Gradia, et materiale, der er blevet patenteret i USA.

Gradia har mekaniske og elektriske egenskaber - såsom superhårdhed og ledningsevne - som Luo sagde kunne anvendes til nye teknologier.

Han sagde den seneste Nature papir om keramiske materialer, der kan formes og støbes som metaller, kunne have anvendelser som varmebestandige eller isolerende konstruktionsmaterialer.

Luos atomstrukturmodeller "er i sandhed grundlæggende videnskabsredskaber til at afdække nye materialer," sagde han, "og samtidig åbner de portene til mere praktiske anvendelser."

Flere oplysninger: Yongjun Tian, ​​snoet-lag bornitrid keramik med høj deformerbarhed og styrke, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07036-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07036-5

Ke Tong et al., Strukturel overgang og migration af usammenhængende tvillingegrænse i diamant, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06908-6 www.nature.com/articles/s41586-023-06908-6

Journaloplysninger: Natur

Leveret af Iowa State University