I diamanti non sono solo i migliori amici di una ragazza, sono anche componenti cruciali per componenti industriali resistenti, come le punte di trivellazione utilizzate per accedere ai giacimenti di petrolio e gas sotterranei. Ma è in arrivo un metodo conveniente per trovare altri materiali adatti a svolgere il lavoro.

Il diamante è uno dei pochi materiali abbastanza duri e tenaci per il lavoro di molatura costante senza usura significativa, ma come ogni imminente proponente sa, i diamanti sono costosi. I costi elevati guidano la ricerca di nuovi materiali duri e superduri. Però, la ricerca sperimentale per tentativi è di per sé costosa.

È necessario un modo semplice e affidabile per prevedere le nuove proprietà dei materiali per facilitare lo sviluppo della tecnologia moderna. Utilizzando un algoritmo di calcolo, I teorici russi hanno pubblicato proprio un tale strumento predittivo nel Rivista di fisica applicata , da AIP Publishing.

"Il nostro studio delinea un quadro che può guidare gli sperimentali, mostrando loro la direzione verso la ricerca di nuovi materiali duri, " ha detto il primo autore dello studio Alexander Kvashnin, dall'Istituto di scienza e tecnologia di Skolkovo e dall'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca.

Come fibre ottiche, con la sua velocità di trasmissione veloce, sostituito le comunicazioni in filo di rame, così anche gli scienziati dei materiali cercano di trovare nuovi materiali con proprietà desiderabili per supportare la tecnologia moderna. Quando si tratta di estrazione mineraria, industrie spaziali e della difesa, si tratta di trovare materiali che non si rompono facilmente, e per questo, è richiesta la combinazione ottimale di durezza e tenacità alla frattura. Ma è difficile prevedere teoricamente la durezza e la tenacità alla frattura. Kvashnin ha spiegato che sebbene esistano molti modelli predittivi, stima che siano al massimo del 10% - 15% di sconto.

Il team russo ha recentemente sviluppato un approccio computazionale che considera tutte le possibili combinazioni di elementi nella tavola periodica di Dmitri Mendeleev, battezzata "ricerca mendeleviana". Hanno usato il loro algoritmo per cercare materiali duri e resistenti ottimali.

Combinando il loro modello di previsione della tenacità con due modelli ben noti per la durezza del materiale, l'algoritmo degli scienziati ha appreso quali regioni dello spazio chimico dei composti erano più promettenti per fasi difficili facilmente sintetizzabili.

I risultati sono stati tracciati su una "mappa del tesoro" di tenacità vs durezza, e gli scienziati rimasero impressionati da ciò che videro. Tutti i materiali duri noti sono stati previsti con una precisione superiore al 90%. Questo ha dimostrato il potere predittivo della ricerca, e le nuove combinazioni rivelate sono potenziali tesori per l'industria.

Kvashnin ha spiegato che fa parte di un progetto industriale dedicato a nuovi materiali per le punte di perforazione, dove gli sperimentatori stanno ora sintetizzando uno di questi tesori di materiali duri:il pentaboride di tungsteno (WB5).

"Questa ricerca computazionale è un potenziale modo per ottimizzare la ricerca di nuovi materiali, più economico, più veloce e abbastanza preciso, " disse Kvashnin, che spera che questo nuovo approccio consentirà il rapido sviluppo di nuovi materiali con proprietà migliorate.

Ma non si fermano qui con la teoria. Vogliono usare i loro metodi e approcci moderni per definire le regole generali per ciò che rende i materiali duri e superduri tra gli elementi per guidare meglio i ricercatori del futuro.