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计算机算法有助于开发高性能金属材料
发布:blast_k   时间:2017/8/16 17:41:06   阅读:303 
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虽然它可能不像链条那样吸引人,但是物理学家和工程师都知道材料的强度取决于它的最薄弱晶界。

当然,这种观点现在一点也不流行,但是有一点需要提到:晶界会是一个大问题。它们是微观无序的区域,其中原子大小的结构单元将材料中的晶体(即晶粒)结合在一起。

更重要的是,晶界有助于人们确定一些金属的性质。例如,它们可以影响金属的强度(建筑物),耐腐蚀性(桥梁)和导电性(电线)。

研究人员虽然已经研究了几十年晶界,并且了解了一些类型晶界产生的特性,但是没有人能够确定一个普遍的原则来预测晶界上的某些原子构型是否会使材料变得更坚固或者更柔韧。

博士生Conrad Rosenbrock和两位教授(一位是工程师Eric Homer,另一位是物理学家Gus Hart)组建了以Rosenbrock,Homer and Hart为基础的的跨学科BYU研究团队。他们通过使用计算机算法来破解代码,了解晶界背后那些不为人知的秘密。

他们在最新一期《自然》杂志的“计算材料”专栏中发表的这种方法提供了一种技术,这种技术类似于一本可以在金属,合金,半导体和其他材料中发现原子结构的“字典”。他们的机器通过分析大数据(大量的晶界数据集合)来给出对可能与特定机制、过程和属性相关联的物理结构的分析结果。如果不是利用这种方法将难以识别这些原子结构。

荷马说:“我们正在利用机器的学习能力,这意味着算法可以看到人们看不到的大量数据,使用大数据模型,虽然会失去一些精确度,但是我们发现它仍然可以提供足够强大的信息来连接边界和属性之间的点。”

对于金属材料,这个过程可以用来评估材料的强度,重量和寿命等特性,从而得到最佳优化的材料。虽然该研究团体实际上还没有用这种方法制造材料,但现在他们可以解释如何以及为什么制造这些问题。

研究人员说,他们的论文是第一个提出尝试用计算机算法来破解严重影响晶界属性的原子结构代码。

哈特说:“这就像Siri一样,Siri首先采集声音并将它们变成元音和辅音,然后通过访问一个庞大的苹果数据库来最终转换成单词,我们采用相同的想法,也有一个大型数据库,我们的算法通过采集晶界信息,并将其与该数据库进行比较,以确定它们的特性。

他们的最终目标是使那些轻质和无腐蚀性的金属材料变得更加容易研发出来。研究人员认为,他们正处于创造合金结构的前10年甚至前20年,目的是为主要结构提供实用的解决方案。

荷马说:“我们国家每年的金属腐蚀会浪费5000亿美元。如果可以开发出更耐用的金属来降低腐蚀的成本,即使仅仅降低百分之几,那么每年节省的费用也会多达数十亿美元,然而这不并是一个小数目。”

文章来源:phys,由材料科技在线团队翻译整理。
 
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