В Великобритании ученые из Университетского колледжа разработали компьютерную модель, способную предсказать свойства глиняных композитов, в зависимости от их состава. Эти материалы могут быть очень прочными, износостойкими и легкими, что позволит использовать их в авто- и авиастроении. Но их разработка, как правило, является дорогостоящим процессом, состоящим из множества проб и ошибок. Разработанная модель, по словам ученых, позволит исключить стадию догадок и удешевить создание новых материалов. Результаты исследований были опубликованы в журнале «Advanced Materials».
Композиты, получаемые в результате смешения молекул полимера, вроде нейлона, и хлопьевидных слоев глины, обладают свойствами, которые не присутствуют у ингредиентов по отдельности. Предсказать их бывает достаточно сложно. Даже если молекулярная структура компонентов тщательно изучена. По словам профессора Питера Ковени, чья команда провела исследование, несмотря на то, что атомная теория материи известна человечеству около 120 лет, некоторые очевидные вещи в окружающем мире извлечь труднее, чем кажется. Ученый отмечает, что это касается как мелких (например, силы между атомами и молекулами), так и крупных (твердость, теплопроводность и пр.) свойств объектов, понимание которых является ключом к созданию новых материалов. Вроде сверхпроводников или графена.
По словам Ковени, сегодня Нобелевская премия все чаще присуждается за открытие интересных новых молекул. Хотя, перед их применением на практике, проходит достаточно много времени. Профессор вместе со своей командой взялись за решение этой проблемы за счет процесса, называемого «многомасштабным моделированием». Эта технология, чей разработчик в прошлом году стал лауреатом Нобелевской премии, сочетает в себе понимание процессов, происходящих между взаимодействующими единичными атомами и крупными объемами вещества. Она позволила исследователям из УКЛ протестировать различные комбинации полимеров и молекул глины, без необходимости создания реальных прототипов композитов в лаборатории. По словам профессора Ковени, это позволило провести значительно больше экспериментов с меньшими затратами.
Например, пласты глины, толщиной около 5 атомов, могут распространяться по композиту или складываться как колода карт. Первый тип структуры был открыт компанией «Toyota» в 80-х годах прошлого века. В процессе смешивания веществ автопроизводитель открыл и запатентовал первый нанокомпозит. Второй тип структуры, когда полимерные молекулы выступают в роли строительного раствора между маленькими плоскими глиняными кубиками, более прочный и встречается в природе. В частности, это касается перламутра.
Профессор Ковени считает, что исследования помогут выявить, какие ингредиенты отвечают за конкретные характеристики вещества. Его команда попробовала несколько комбинаций, после чего сравнила результаты моделирования со свойствами реальных материалов. Теперь в распоряжении ученых есть виртуальная лаборатория-симулятор, способная предоставить детальную информацию о композите. Профессор верит, что проект может быть востребован многими промышленными сферами. Например, предприятиями по производству графена.
