計算手法が極限環境用の数百種類の新しいセラミックスを発見(Computational Method Discovers Hundreds of New Ceramics for Extreme Environments)

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2024-01-03 デューク大学(Duke)

◆デューク大学の素材科学者チームが開発した新しい計算手法「Disordered Enthalpy-Entropy Descriptor(DEED)」により、耐熱性と電子耐性に優れた新しい材料クラスが急速に発見されました。これにより、デバイスが摂氏数千度以上の溶岩のような温度で機能する可能性があり、鋼よりも硬く、化学的に腐食しにくい特性を持つため、耐摩耗・耐腐食コーティング、熱電素子、バッテリー、触媒、放射線耐性デバイスの基盤になる可能性があります。
◆DEEDは900以上の高性能材料の新しい組成を予測し、そのうち17種類が実際に試作・製造されました。これにより、産業を変革する特性を最適化する研究が加速される可能性があります。新しい材料クラスは航空業界などで利用され、デューク大学の材料データベース「Duke Automatic-FLOW for Materials Database(AFLOW)」も活用されています。

<関連情報>

高エントロピー・セラミックス発見のための無秩序エンタルピー・エントロピー記述子 Disordered enthalpy–entropy descriptor for high-entropy ceramics discovery

Simon Divilov,Hagen Eckert,David Hicks,Corey Oses,Cormac Toher,Rico Friedrich,Marco Esters,Michael J. Mehl,Adam C. Zettel,Yoav Lederer,Eva Zurek,Jon-Paul Maria,Donald W. Brenner,Xiomara Campilongo,Suzana Filipović,William G. Fahrenholtz,Caillin J. Ryan,Christopher M. DeSalle,Ryan J. Crealese,Douglas E. Wolfe,Arrigo Calzolari & Stefano Curtarolo
Nature  Published:03 January 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06786-y

figure 1

Abstract

The need for improved functionalities in extreme environments is fuelling interest in high-entropy ceramics1,2,3. Except for the computational discovery of high-entropy carbides, performed with the entropy-forming-ability descriptor4, most innovation has been slowly driven by experimental means1,2,3. Hence, advancement in the field needs more theoretical contributions. Here we introduce disordered enthalpy–entropy descriptor (DEED), a descriptor that captures the balance between entropy gains and enthalpy costs, allowing the correct classification of functional synthesizability of multicomponent ceramics, regardless of chemistry and structure. To make our calculations possible, we have developed a convolutional algorithm that drastically reduces computational resources. Moreover, DEED guides the experimental discovery of new single-phase high-entropy carbonitrides and borides. This work, integrated into the AFLOW computational ecosystem, provides an array of potential new candidates, ripe for experimental discoveries.

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1700応用理学一般
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