U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har utvecklat en metod för beräkningsmässig analys som kan hjälpa till att förutsäga sammansättningen och egenskaperna hos ännu ogjorda högpresterande legeringar.

Dessa material består av flera element (fyra eller fler) och mycket eftertraktade för sina enkla strukturer, utmärkta mekaniska egenskaper över ett brett temperaturintervall, och förbättrad oxidations- eller korrosionsbeständighet. Framsteg i dessa material kan leda till förbättrad jetmotorprestanda och bränsleeffektivitet, liksom andra tillämpningar inom industrier där mekaniska delar måste fungera i tuffa miljöer.

"Det som traditionellt har gjorts inom materialdesign är att justera vad vi vet om material som redan har upptäckts, och vi vet att även små förändringar i legeringars sammansättning kan leda till stora förändringar i deras egenskaper, "sa Duane Johnson, Ames laboratorieforskare och beräkningsteoretiker. "Men det betyder att det finns massor av oupptäckt territorium där ute, särskilt i legeringar gjorda av fyra eller flera element. "

Med tanke på det stora antalet möjliga kombinationer av legeringskompositioner, det skulle vara svårt för experimenter att veta var de ska leta efter nästa nya högentropilegering. Inte bara det, legeringar med hög entropi är notoriskt svåra att göra, kräver dyra material och specialbehandlingstekniker. Även då, försök i ett laboratorium garanterar inte att en teoretiskt möjlig förening är fysiskt möjlig, än mindre potentiellt användbar.

"Ett bra ställe att börja då, "sa Johnson, "är att kunna berätta för experimentister var man INTE ska leta." Med hjälp av en beräkningsmetod med hög genomströmning, forskarna använde en unik elektronisk strukturmetod för att förutsäga egenskaper hos godtycklig sammansättning av hög entropi-legering, samtidigt bedöma deras förmåga att bilda en solid lösning i enkla strukturer, deras atomordning, deras kemiska stabilitet, och deras mekaniska egenskaper vid ändrade temperaturer.

"Våra beräkningar besvarar ett antal frågor, det viktigaste är 'är det ens värt att titta här?' "sa Johnson." Vi kan begränsa designutrymmet för flerkomponentsystem, och ringa in området / områdena för att fokusera på de mest lovande materialen för undersökning eller utveckling. "

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Design av höghållfasta eldfasta komplexa fasta lösningar, "författad av Prashant Singh, Aayush Sharma, A.V. Smirnov, Mouhamad S. Diallo, Pratik K. Ray, Ganesh Balasubramanian och Duane D. Johnson; och publicerad i npj Beräkningsmaterial .