L'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha sviluppato un metodo di analisi computazionale che può aiutare a prevedere la composizione e le proprietà delle leghe ad alte prestazioni non ancora realizzate.

Questi materiali sono composti da più elementi (quattro o più) e molto ricercati per le loro strutture semplici, eccellenti proprietà meccaniche in un'ampia gamma di temperature, e una migliore resistenza all'ossidazione o alla corrosione. I progressi in questi materiali potrebbero portare a prestazioni del motore a reazione migliorate e all'efficienza del carburante, così come altre applicazioni in settori in cui le parti meccaniche devono operare in ambienti difficili.

"Ciò che è stato tradizionalmente fatto nella progettazione dei materiali è modificare ciò che sappiamo sui materiali che sono già stati scoperti, e sappiamo che anche piccoli cambiamenti nella composizione delle leghe possono comportare grandi cambiamenti nelle loro proprietà, " ha detto Duane Johnson, Ames Laboratory scienziato e teorico computazionale. "Ma questo significa che c'è un sacco di territorio da scoprire là fuori, specialmente in leghe composte da quattro o più elementi."

Dato il gran numero di possibili combinazioni di composizione della lega, sarebbe difficile per gli sperimentali sapere dove cercare la prossima nuova lega ad alta entropia. Non solo quello, le leghe ad alta entropia sono notoriamente difficili da realizzare, richiedono materiali costosi e tecniche di lavorazione speciali. Anche allora, i tentativi in ​​laboratorio non garantiscono che un composto teoricamente possibile sia fisicamente possibile, figuriamoci potenzialmente utile.

"Un buon punto di partenza allora, " ha detto Johnson, "è essere in grado di dire agli sperimentali dove NON guardare". Utilizzando un approccio computazionale ad alto rendimento, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di struttura elettronica unico per prevedere le proprietà di qualsiasi composizione arbitraria di lega ad alta entropia, valutare contemporaneamente la loro capacità di formare una soluzione solida in strutture semplici, il loro ordinamento atomico, la loro stabilità chimica, e le loro proprietà meccaniche al variare della temperatura.

"I nostri calcoli rispondono a una serie di domande, il più importante è 'vale anche la pena guardare qui?'", ha detto Johnson. "Possiamo restringere lo spazio di progettazione per i sistemi multicomponente, e cerchia l'area o le aree su cui concentrarti per i materiali più promettenti per l'indagine o lo sviluppo."

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Progettazione di leghe a soluzione solida complessa refrattaria ad alta resistenza, " scritto da Prashant Singh, Aayush Sharma, AV Smirnov, Mouhamad S. Diallo, Pratik K. Ray, Ganesh Balasubramanian e Duane D. Johnson; e pubblicato in npj Materiali di calcolo .