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科学家成功解码“材料基因组” 有助开发下一代航空航天合金和半导体材料

来源:科技日报 发布时间:2024-07-08 09:33

来自原子探针的模拟二维原子图像。图片来源:悉尼大学


科技日报北京7月7日电 (记者张梦然)在最新一期《自然·材料》杂志上的一篇论文中,澳大利亚悉尼大学团队报告了一种解码“材料基因组”的新方法。该方法能检测晶体材料原子级结构的微小变化,提高了人们理解材料特性和行为基本起源的能力。

这一突破对于开发创新材料至关重要,将推动人们开发用于航空航天业的更坚固且更轻的合金、用于电子设备的新一代半导体以及用于电动机的改进磁铁。

该研究利用原子探针断层扫描(APT)技术来解开短程阶(SRO)的复杂性。SRO工艺是了解局部原子环境的关键。SRO经常被比作“材料基因组”,即晶体内原子的排列或构型。其重要性在于不同的局部原子排列会影响材料的电子、磁性、力学、光学和其他特性,这些特性对之后产品的安全性和功能性有极大影响。

此次研究的重点是钴-铬-镍高熵合金,这类合金在高级工程应用中非常有前途。团队利用复杂的APT成像数据,并结合先进的数据科学技术,实现了以3D形式可视化原子,从而观察和测量SRO,并比较在不同加工条件下合金的变化。

该研究为SRO如何控制关键材料特性研究提供了模板,也为科学家提供了一双新“眼睛”,从而可以看到原子级架构的微小变化,是如何导致材料性能的巨大飞跃的。

至关重要的是,SRO提供了详细的原子级蓝图,增强了人们对材料行为的计算模拟、建模和最终预测的能力。

我们知道原子是构成物质的基本单元,原子结构影响了原子间结合方式,而原子间结合方式,最终决定了材料的种类。换句话说,原子的结构和关系,直接影响了材料的物理和化学性质,导致不同材料有不同性能。现在,科学家实现了用3D“目光”看清这种结构关系,并解锁了原子在多种条件下的排列变化,无疑等同于有了一把开门钥匙,门内则是新一代材料的美好世界。