Os diamantes não são apenas os melhores amigos das meninas - eles também são componentes essenciais para componentes industriais resistentes, como as brocas usadas para acessar depósitos subterrâneos de petróleo e gás. Mas um método de baixo custo para encontrar outros materiais adequados para fazer o trabalho está a caminho.

O diamante é um dos únicos materiais duros e resistentes o suficiente para o trabalho de retificação constante sem desgaste significativo, mas como qualquer candidato iminente sabe, diamantes são caros. Os altos custos impulsionam a busca por novos materiais duros e superduros. Contudo, a busca experimental por tentativa e erro é em si cara.

Uma maneira simples e confiável de prever novas propriedades de materiais é necessária para facilitar o desenvolvimento de tecnologia moderna. Usando um algoritmo computacional, Teóricos russos publicaram apenas uma ferramenta de previsão no Journal of Applied Physics , da AIP Publishing.

"Nosso estudo descreve uma imagem que pode orientar os experimentalistas, mostrando-lhes a direção para procurar novos materiais duros, "disse o primeiro autor do estudo, Alexander Kvashnin, do Instituto de Ciência e Tecnologia Skolkovo e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.

Como fibra óptica, com sua taxa de transmissão rápida, substituiu as comunicações de fio de cobre, assim também os cientistas de materiais procuram encontrar novos materiais com propriedades desejáveis ​​para apoiar a tecnologia moderna. Quando se trata de mineração, indústrias espaciais e de defesa, trata-se de encontrar materiais que não quebram facilmente, e por isso, a combinação ideal de dureza e tenacidade à fratura é necessária. Mas é complicado prever teoricamente a dureza e a resistência à fratura. Kvashnin explicou que, embora existam muitos modelos preditivos, ele estima que eles estão 10% - 15% fora da marca, na melhor das hipóteses.

A equipe russa desenvolveu recentemente uma abordagem computacional que considera todas as combinações possíveis de elementos na tabela periódica de Dmitri Mendeleev - batizada de "pesquisa mendeleviana". Eles usaram seu algoritmo para procurar materiais duros e resistentes ideais.

Ao combinar seu modelo de previsão de tenacidade com dois modelos bem conhecidos de dureza de material, o algoritmo dos cientistas aprendeu quais regiões do espaço químico dos compostos eram mais promissoras para resistentes, fases difíceis que podem ser facilmente sintetizadas.

Os resultados foram plotados em um "mapa do tesouro" de resistência versus dureza, e os cientistas ficaram impressionados com o que viram. Todos os materiais duros conhecidos foram previstos com mais de 90% de precisão. Isso provou o poder preditivo da pesquisa, e as combinações recém-reveladas são tesouros em potencial para a indústria.

Kvashnin explicou que faz parte de um projeto industrial dedicado a novos materiais para brocas, onde os experimentalistas estão agora sintetizando um desses tesouros de materiais duros - pentaboreto de tungstênio (WB5).

“Esta busca computacional é uma forma potencial de otimizar a busca por novos materiais, Muito mais barato, mais rápido e com bastante precisão, "disse Kvashnin, que espera que esta nova abordagem permita o desenvolvimento rápido de novos materiais com propriedades aprimoradas.

Mas eles não param por aí com a teoria. Eles querem usar seus métodos e abordagens modernos para definir as regras gerais para o que torna os materiais duros e superduros entre os elementos para melhor orientar os pesquisadores do futuro.