Сделано Русскими
Лента новостей
Лента новостей
Сегодня
Политика
Общество
Бизнес
Культура
Сделано Русскими
Личные связи
О проекте
Редакция
Контакты
Размещение рекламы
Использование материалов
Поддержать проект
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 – 65733 выдано Роскомнадзором 20.05.2016.
В России признаны экстремистскими и запрещены организации «Национал-большевистская партия», «Свидетели Иеговы», «Армия воли народа», «Русский общенациональный союз», «Движение против нелегальной иммиграции», «Правый сектор», УНА-УНСО, УПА, «Тризуб им. Степана Бандеры», «Мизантропик дивижн», «Меджлис крымскотатарского народа», движение «Артподготовка», общероссийская политическая партия «Воля». Признаны террористическими и запрещены: «Движение Талибан», «Имарат Кавказ», «Исламское государство» (ИГ, ИГИЛ), Джебхад-ан-Нусра, «АУМ Синрике», «Братья-мусульмане», «Аль-Каида в странах исламского Магриба».
Новости Сделано Русскими
Русская планета
Сделано Русскими

От геологии до спинтроники. Биметаллические системы будущего

Высокие технологии в промышленности. Нанокомпозиты от физиков МГУ
Дмитрий Степнов
4 августа, 2020 12:51
5 мин
Металлические композиты
Фото: Rupec.ru

Российские физики из МГУ, Института физики прочности и материаловедения (г.Томск) и Сколтеха совместно с зарубежными коллегами из Израиля изучили влияние параметров холодного спекания биметаллического нанопорошка на структуру, плотность и топологию Fe-Cu-нанокомпозитов.

Эти биметаллические системы являются перспективной основой для создания композиционных материалов, в которых прочность, износостойкость и устойчивость к коррозии сочетаются с высокой тепло- и электропроводностью. Такие материалы могут использоваться в высокотехнологичной промышленности: от высоковольтных скользящих контактов до спинтроники.

Результаты работы опубликованы в журнале Materials.

Для получения материалов с необходимыми физико-химическими свойствами нередко используют многокомпонентные системы, каждая компонента которых обладает своим набором характеристик.

Проблема заключается в том, что во многих случаях создать стабильную многокомпонентную систему традиционными способами невозможно. Именно так обстоят дела с биметаллическими композитными материалами из несмешивающихся пар металлов и металлов с ограниченной взаимной растворимостью.

Речь идет об очень перспективном классе соединений: например, биметаллические Fe-Cu-системы служат основой для композитов, сочетающих высокие прочностные характеристики с износостойкостью и хорошей тепло- и электропроводностью. Физические свойства таких материалов сильно зависят от их наноструктуры, которая в свою очередь определяется условиями получения этого нанокомпозита. Поэтому важной задачей становится предсказание свойств Fe-Cu-нанокомпозита на основе данных о его наноструктуре и параметров его получения. Такую задачу помогает решить компьютерное моделирование.

«Исследования проводили в рамках проекта профессора Лернера Марата Израильевича из Института физики прочности и материаловедения СО РАН, где получают образцы новых материалов, включая биметаллические Fe-Cu-нанокомпозиты, а затем исследуют их структуру и свойства», – говорит Дмитрий Ивонин, аспирант кафедры математического моделирования и информатики физического факультета МГУ

С помощью суперкомпьюютера МГУ «Ломоносов-2» учёные провели полноатомное молекулярно-динамическое моделирование процесса получения нанокомпозитов из биметаллических наночастиц железа и меди для выявления зависимости атомной структуры, топологии и плотности Fe-Cu-нанокомпозитов от давления консолидации и компонентного состава исходного нанопорошка.

«Биметаллические Fe-Cu системы позволят создавать материалы и покрытия с улучшенными трибологическими свойствами, износостойкие материалы с высокой тепло- и электропроводностью, они также перспективны в качестве основы биодеградируемых имплантов с антимигробным эффектом, знаю, сейчас в Томске ведутся соответствующие исследования», – дополнил Алексей

Одним из способов получения наноструктурированных биметаллических композитных материалов на основе Fe-Cu является консолидация нанопорошка Fe-Cu-наночастиц в условиях высокого давления и температуры значительно ниже температуры плавления, – так называемое холодное спекание.

Основные параметры, характеризующие продукт холодного спекания, – это относительная плотность и пористость. Ключевой является зависимость этих параметров от давления консолидации.

Один из подходов к описанию и анализу многокомпонентных и многофазных систем со сложной структурой основан на изучении их топологических характеристик – например, с использованием топологических инвариантов, которыми являются функционалы Минковского. Такой подход удобен для анализа сред со сложной внутренней структурой: почв, горных пород, пен, керамики и других пористых сред. Его применение в материаловедении открывает новые возможности для оценки связей между структурой и свойствами материалов и покрытий.

С этой целью в лаборатории математического моделирования сложных естественных и инженерных систем МГУ имени М.В. Ломоносова для модельных образцов Fe-Cu-нанокомпозитов выполнили оценку четырех функционалов Минковского: удельных объема и площади, интегральной средней кривизны поверхности, характеристики Эйлера – Пуанкаре. Функционалы вычислили для пространственного распределения как химических элементов, так и типов их кристаллических решеток.

В числе прочего удалось установить их зависимость от различных условий холодного спекания: давления консолидации и состава исходного нанопорошка.

«На основе значений функционалов Минковского можно предсказать некоторые физические свойства материала, – продолжает Дмитрий. – Поэтому полученные в исследовании оценки функционалов для Fe-Cu-нанокомпозитов и их зависимость от параметров холодного спекания имеют большое значение для предсказания свойств и формализации связи «структура – свойство» этого класса материалов»

темы
ПОДДЕРЖАТЬ ПРОЕКТ
5 мин
Лень сёрфить новости? Подпишись и БУДЬ В КУРСЕ