Ktorý materiál vydrží najvyššiu teplotu?

Ktorý materiál má najvyššiu teplotu topenia? A aká je to teplota?

Výskum publikovaný v odbornom magazíne Physical Review B na tieto otázky pokúša odpovedať. Qi-Jun Hong a Axel van de Walle z Brownovej unverzity v ňom odhadujú tepelnú odolnosť materiálov pomocou simulácii molekulárnej dynamiky rôzných zlúčenín. Ako najodolnejší sa ukázal materiál zložený zo správnych množstiev hafnia, dusíka a uhlíka. Ten sa roztopí až pri teplote vyššej ako 4100 stupňov Celzia. To je o 200 stupňov viac než je rekord akejkoľvek doteraz vyrobenej látky. Doterajším rekordérom je zmes hafnia, tantalu a uhlíka. Pre ilustráciu, čistý wolfrám sa topí pri teplote 3422 stupňov Celzia. 

Tepelne najodolnejší materiál je predpoveďou počítačového modelu. Výhodou prístupu pri ktorom sa hľadá najodolnejšia zlúčenina pomocou počítačového simulovania je rýchlosť a cena výskumu. S použitím simulácii je to omnoho lacnejšie a rýchlejšie. Umožňuje preveriť väčšie množstvo kombinácii rôznych látok v rôzných množstvách (pomeroch) než reálny experiment. Predpovede modelu, vlastnosti látok s najväčším potenciálom sa potom preverujú experimentálne. Bez počítačového modelovania by to bolo, ako hovorí prvý autor článku Qi-Jun Hong len strieľanie naslepo. Simulácie ukazujú najnádejnejšiu cestu ktorou sa vybrať.

Simulovanie prebieha na úrovni elektrónových obalov samotných atómov. Na tejto nanoškále sa pracuje s relatívne malým množstvom atómov, približne na úrovni čísla 100. Faktorom, ktorý z tejto úlohy robí superpočítačové zadanie je množstvo rôznych kombinácií, ktoré je potrebné preveriť. 

Vysoký bod topenia je cenenou vlastnosťou odolných materiálov používaných napríklad v plynových turbínach či na tepelné tienenie v nadzvukových lietadlách. Či nový tepelne najodolnejší materiál nájde využitie v týchto oblastiach sa ukáže podľa jeho ďalších vlastností, ako napríklad mechanické vlastnosti a odolnosť voči oxidácii.

Zdroj: www.brown.edu