База данных для новых композитов. Инновации от ученых из Уфы

Ученые исследовали основные виды композитных материалов на основе смятого графена и металлов, создав базу данных с их механическими и физическими характеристиками. Это позволит использовать ее для создания и моделирования новых композитов с заданными свойствами.

Композитные материалы на основе металлов и графена, представляющего собой углеродный слой толщиной в один атом, широко применяются в различных отраслях, включая электронику, машиностроение и авиакосмическую инженерии. Для разработки этих материалов сначала создают компьютерные модели, а затем на основе полученных данных синтезируют реальные образцы. Ключевым этапом моделирования является подбор потенциала межатомного взаимодействия, который отражает физические и химические свойства вещества. Правильный выбор потенциала важен, так как ошибки могут привести к созданию материалов с непредсказуемыми характеристиками.

Исследователи из Института проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) создали базу данных с характеристиками для моделирования композитов, исследовав четыре типа материалов на основе смятого графена и металлов (алюминия, меди, никеля и титана). Они рассмотрели несколько вариантов композитов, включая лист графена, связанный с одним атомом металла, графен с несколькими металлическими наночастицами и трехмерный скомканный графен, заполненный металлическими наночастицами.

С помощью математического моделирования ученые определили межатомные расстояния и подобрали потенциалы межатомного взаимодействия, которые наиболее точно описывают взаимодействие между компонентами композита. Самым важным оказался потенциал, описывающий связь металла и графена, так как он отражает взаимодействие между разнородными компонентами материала. Они проверяли точность выбранных потенциалов, сравнивая свойства модели композита с данными реальных физических измерений, такими как расстояние между атомами и температура плавления.

«Мы впервые подобрали потенциалы межатомного взаимодействия для уже имеющихся композитов на основе графена и металлов, которые в дальнейшем помогут создавать новые, более прочные и долговечные композитные материалы.»

• Юлия Баимова, доктор физико-математических наук, профессор РАН, заведующая молодежной лабораторией «Физика и механика углеродных наноматериалов» ИПСМ РАН

Для соединений с алюминием и титаном наиболее точным оказался сложный многокомпонентный потенциал связи между металлом и графеном. Для композитов с медью и никелем подошел более простой потенциал с тщательно подобранными параметрами. При использовании указанных потенциалов моделирование наиболее точно отражало реальные свойства материалов. Например, предсказанное межатомное расстояние и теоретическая температура плавления совпадали с практическими данными. Это позволит создавать прочные и пластичные композиты, которые могут быть использованы в различных отраслях, включая авиакосмическое оборудование.

Все данные открыты для использования и опубликованы в журнале Computer Physics Communications. Они помогут исследовательским командам синтезировать композитные материалы с заданными свойствами.