研究人员开发了一种独特的量子力学方法来确定金属延展性
艾姆斯国家实验室和德克萨斯农工大学的科学家团队开发了一种预测金属延展性的新方法。这种基于量子力学的方法满足了对廉价、高效、高通量的延展性预测方法的需求。该团队证明了其在难熔多主元素合金上的有效性。这些材料适合在高温条件下使用，但它们通常缺乏航空航天、聚变反应堆和陆基涡轮机潜在应用所需的延展性。
延展性描述了材料承受物理应变而不破裂或断裂的能力。艾姆斯实验室科学家、理论设计工作负责人普拉桑特·辛格 (Prashant Singh) 表示，目前还没有可靠的方法来预测金属的延展性。此外，试错实验既昂贵又耗时，尤其是在极端条件下。
模拟原子的典型方法是使用对称的刚性球体。然而，辛格解释说，在实际材料中，原子具有不同的大小和形状。当将元素与不同大小的原子混合时，原子会不断调整以适应固定的空间。这种行为会造成局部原子变形。
新的分析结合了局部原子变形来确定材料是脆性还是延展性。它还扩展了当前方法的功能。“他们(当前的方法)在区分微小成分变化的延性和脆性系统方面不是很有效。但新方法可以捕获如此重要的细节，因为现在我们在该方法中添加了缺失的量子力学特征，”辛格说。
这种新的高通量测试方法的另一个优点是其效率。辛格解释说，它可以快速测试数千种材料。速度和容量使得预测哪些材料组合值得进行实验水平成为可能。这最大限度地减少了通过实验方法发现这些材料所需的时间和资源。
为了确定延展性测试的效果，艾姆斯实验室科学家欧阳高远领导了该团队的实验工作。他们对一组预测的难熔多主元素合金 (RMPEA) 进行了验证测试。RMPEA 是具有在高温环境下使用潜力的材料，例如航空航天推进系统、核反应堆、涡轮机和其他能源应用。
通过验证测试，研究小组发现，“预测的延性金属在高应力下会发生显着变形，而脆性金属在类似的载荷下会破裂，证实了新量子力学方法的稳健性，”欧阳说。
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