В рамках программы поддержки талантливой молодежи «УМНИК» аспирант Политехнического института ЮУрГУ разрабатывает программу, которая будет способна спрогнозировать физические и химические свойства высокоэнтропийных материалов в зависимости от их состава. Эта программа необходима при разработке новых сплавов для решения промышленных и исследовательских задач.
Высокоэнтропийные материалы – это материалы, состоящие из пяти или более компонентов, которые обладают способностью образовывать твёрдый раствор. Одной из особенностей таких сплавов является случайное распределение атомов химических элементов в кристаллической решетке. Разрабатываемая программа учитывает случайный характер распределения элементов в кристаллической решетке сплава и предсказывает его свойства.
«Структура высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) может быть представлена в виде кристаллической решетки, где атомы различных элементов случайным образом распределены по позициям в пространстве. Это отличается от традиционных сплавов, где атомы обычно располагаются в более регулярном порядке», – поясняет автор программы Александр Дьяков.
.jpg)
На основе имеющейся информации об отдельных элементах, входящих в состав материала (физические и химические свойства, концентрация вещества в составе материала), программа может прогнозировать такие характеристики, как температуру плавления, проводимость, энтропию смешения и другие свойства.
«Аналогами программы для моделирования структуры высокоэнтропийных сплавов используются методы квази-случайной генерации структуры. Однако у этого подхода есть недостатки. Во-первых, квази-случайная генерация может привести к созданию низкоэнтропийных структур, что не соответствует природе ВЭС. Во-вторых, этот метод может быть вычислительно затратным. В-третьих, введение небольшого количества добавок в сплав, приводит к многократному увеличению сгенерированной структуры, что снова осложняло бы вычислительную работу с ними», – рассказывает Александр Дьяков.
Для этого данные о структуре высокоэнтропийных сплавов преобразовываются в тип данных, пригодный для обучения и тестирования нейросетевой модели прогнозирования. Такая модель строится на основе базы данных о 24 тысячах составов сплавов. Обученные бета-версии моделей предсказывают свойства сплавов с точностью 94,37 %.
Знание базовых физических и химических характеристик высокоэнтропийных сплавов позволит производителям и потребителям без больших затрат времени и средств определять эксплуатационные свойства материала и формулировать правила его получения, обработки и использования.
На данный момент исследователем планируется подача заявки на получение патента. В дальнейшем будут проведены переговоры о внедрении программного обеспечения в производственные процессы.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
Читайте нас: