Les diamants ne sont pas seulement le meilleur ami d'une fille, ils sont également des composants essentiels pour les composants industriels résistants, comme les trépans utilisés pour accéder aux gisements de pétrole et de gaz souterrains. Mais une méthode rentable pour trouver d'autres matériaux appropriés pour faire le travail est en route.

Le diamant est l'un des seuls matériaux suffisamment durs et résistants pour le travail de meulage constant sans usure importante, mais comme tout candidat imminent le sait, les diamants sont chers. Les coûts élevés entraînent la recherche de nouveaux matériaux durs et extra-durs. Cependant, la recherche expérimentale par essais et erreurs est elle-même coûteuse.

Un moyen simple et fiable de prédire les nouvelles propriétés des matériaux est nécessaire pour faciliter le développement des technologies modernes. À l'aide d'un algorithme de calcul, Les théoriciens russes ont publié un tel outil prédictif dans le Journal de physique appliquée , des éditions AIP.

"Notre étude trace une image qui peut guider les expérimentateurs, leur montrer la direction pour rechercher de nouveaux matériaux durs, " a déclaré le premier auteur de l'étude, Alexander Kvashnin, de l'Institut des sciences et de la technologie de Skolkovo et de l'Institut de physique et de technologie de Moscou.

Comme la fibre optique, avec son taux de transmission rapide, remplacé les communications par fil de cuivre, il en va de même pour les scientifiques des matériaux à la recherche de nouveaux matériaux dotés de propriétés souhaitables pour soutenir la technologie moderne. Quand il s'agit de l'exploitation minière, les industries spatiales et de défense, il s'agit de trouver des matériaux qui ne se cassent pas facilement, et pour cela, la combinaison optimale de dureté et de ténacité à la rupture est requise. Mais il est difficile de prédire théoriquement la dureté et la ténacité à la rupture. Kvashnin a expliqué que bien qu'il existe de nombreux modèles prédictifs, il estime qu'ils sont au mieux de 10 à 15 % de réduction.

L'équipe russe a récemment développé une approche informatique qui considère toutes les combinaisons possibles d'éléments dans le tableau périodique de Dmitri Mendeleev, baptisé « recherche mendélévienne ». Ils ont utilisé leur algorithme pour rechercher des matériaux durs et résistants optimaux.

En combinant leur modèle de prédiction de ténacité avec deux modèles bien connus pour la dureté des matériaux, l'algorithme des scientifiques a appris quelles régions de l'espace chimique des composés étaient les plus prometteuses pour les phases dures qui pourraient être facilement synthétisées.

Les résultats ont été tracés sur une "carte au trésor" de la ténacité par rapport à la dureté, et les scientifiques ont été impressionnés par ce qu'ils ont vu. Tous les matériaux durs connus ont été prédits avec une précision de plus de 90 %. Cela a prouvé le pouvoir prédictif de la recherche, et les combinaisons nouvellement révélées sont des trésors potentiels pour l'industrie.

Kvashnin a expliqué qu'il faisait partie d'un projet industriel consacré aux nouveaux matériaux pour les trépans, où les expérimentateurs synthétisent maintenant l'un de ces trésors de matériaux durs :le pentaborure de tungstène (WB5).

"Cette recherche informatique est un moyen potentiel d'optimiser la recherche de nouveaux matériaux, beaucoup moins cher, plus rapide et assez précis, " dit Kvashnine, qui espère que cette nouvelle approche permettra le développement rapide de nouveaux matériaux aux propriétés améliorées.

Mais ils ne s'arrêtent pas là avec la théorie. Ils veulent utiliser leurs méthodes et approches modernes pour cerner les règles générales de ce qui fait des matériaux durs et extra-durs parmi les éléments afin de mieux guider les chercheurs du futur.