Diamanter är inte bara en tjejs bästa vän – de är också avgörande komponenter för slitstarka industrikomponenter, såsom borrkronorna som används för att komma åt olje- och gasfyndigheter under jord. Men en kostnadseffektiv metod för att hitta andra lämpliga material för att göra jobbet är på väg.

Diamant är ett av de enda materialen som är tillräckligt hårda och tuffa för jobbet med konstant slipning utan betydande slitage, men som alla förestående sökande vet, diamanter är dyra. Höga kostnader driver sökandet efter nya hårda och superhårda material. Dock, den experimentella trial-and-error-sökningen är i sig dyr.

Ett enkelt och pålitligt sätt att förutsäga nya materialegenskaper behövs för att underlätta modern teknikutveckling. Med hjälp av en beräkningsalgoritm, Ryska teoretiker har publicerat just ett sådant prediktivt verktyg i Journal of Applied Physics , från AIP Publishing.

"Vår studie beskriver en bild som kan vägleda experimenterande, visar dem riktningen att söka efter nya hårda material, "sa studiens första författare Alexander Kvashnin, från Skolkovo Institute of Science and Technology och Moscow Institute of Physics and Technology.

Som fiberoptik, med sin snabba överföringshastighet, bytt koppartrådskommunikation, så också söker materialforskare för att hitta nya material med önskvärda egenskaper för att stödja modern teknik. När det gäller gruvdrift, rymd- och försvarsindustrin, det handlar om att hitta material som inte går sönder lätt, och för det, den optimala kombinationen av hårdhet och brottseghet krävs. Men det är svårt att teoretiskt förutsäga hårdhet och brottseghet. Kvashnin förklarade att även om det finns många prediktiva modeller, han uppskattar att de i bästa fall är 10–15 % rabatt på märket.

Det ryska teamet utvecklade nyligen ett beräkningssätt som överväger alla möjliga kombinationer av element i Dmitri Mendelejevs periodiska system - döpt till "Mendelevian sökning". De har använt sin algoritm för att söka efter optimala hårda och tuffa material.

Genom att kombinera sin seghetsförutsägelsemodell med två välkända modeller för materialhårdhet, forskarnas algoritm lärde sig vilka regioner i föreningarnas kemiska utrymme som var mest lovande för tuffa, hårda faser som lätt skulle kunna syntetiseras.

Resultaten ritades på en "skattkarta" över seghet mot hårdhet, och forskarna var imponerade av vad de såg. Alla kända hårda material förutspåddes med mer än 90% noggrannhet. Detta bevisade sökningens förutsägbarhet, och de nyligen avslöjade kombinationerna är potentiella skatter för industrin.

Kvashnin förklarade att han är en del av ett industriprojekt ägnat åt nya material för borrkronor, där experimentalister nu syntetiserar en av dessa hårda materialskatter - volframpentaborid (WB5).

"Denna beräkningssökning är ett potentiellt sätt att optimera sökningen efter nytt material, mycket billigare, snabbare och ganska exakt, sa Kvashnin, som hoppas att detta nya tillvägagångssätt kommer att möjliggöra snabb utveckling av nya material med förbättrade egenskaper.

Men de stannar inte där med teorin. De vill använda sina moderna metoder och metoder för att fastställa de allmänna reglerna för vad som gör hårda och superhårda material bland elementen för att bättre vägleda framtidsforskare.