Исследователи из Института проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) создали базу данных с наиболее значимыми характеристиками для моделирования композитов. Авторы исследовали четыре различных по структуре материала на основе смятого графена и металлов (алюминия, меди, никеля и титана). Чтобы лучше понять свойства композитов, ученые рассмотрели несколько их вариантов: лист графена, связанный с одним атомом металла, графен, взаимодействующий с несколькими металлическими наночастицами, и трехмерный скомканный графен, заполненный наночастицами металла.
С помощью математического моделирования исследователи определили расстояние между атомами и подобрали потенциалы межатомного взаимодействия, которые смогут максимально точно описать взаимодействие между компонентами композита. Наиболее важный для определения потенциал — тот, что описывает связь металла и графена, потому что он отражает взаимодействие между разнородными составляющими материала. Потенциалы, которые использовали авторы,— это формулы, определяющие параметры моделирования. Чтобы понять, подходит ли выбранный потенциал, физики сравнивали свойства модели композита, полученные с использованием того или иного потенциала, с данными реальных физических измерений (расстоянием между атомами материала, его жаропрочностью и другими).
Если данные моделирования с определенным потенциалом противоречили реальным показателям — например, если было известно, что у образца композита температура плавления 3200, а в компьютерной модели с заданным потенциалом получалось 1000,— то ученые могли сделать вывод, что используемая формула неприменима к конкретному виду композита.
Для соединений с алюминием и титаном наиболее точным оказался сложный многокомпонентный потенциал связи между металлом и графеном, а для композитов с медью и никелем подошел самый простой потенциал, но с тщательно подобранными параметрами. При использовании вышеуказанных потенциалов при моделировании свойства оказывались наиболее близкими к реальным — предсказанное соединение имело именно то межатомное расстояние, какое наблюдается у физических объектов, а теоретическая температура плавления композита совпадала с практической.
Учет этих потенциалов в дальнейшем позволит добиться наиболее точных результатов моделирования, благодаря чему на основе модели можно будет создать прочный и пластичный композит, применимый для создания защитных покрытий даже в авиакосмическом оборудовании. Все эти данные есть в открытом доступе в статье авторов, и любая исследовательская команда может использовать их для синтеза композитных материалов.
«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. Эти данные позволят многим начинающим исследователям в этой области, опираясь на уже проведенный анализ, быстро и эффективно моделировать композитные материалы на основе графена и металлов»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Баимова, доктор физико-математических наук, профессор РАН, заведующая молодежной лабораторией «Физика и механика углеродных наноматериалов» ИПСМ РАН.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
