2005年8月5日
8月5日的科学杂志中报道的发现，可以加快接近钻石硬度却保持柔软的材料的设计，像金属一样工作。欧洲杯线上买球欧洲杯足球竞彩
在涉及128个计算机处理器和近1900万个原子的大规模计算机模拟中，材料科学家Izabela Szlufarska的欧洲杯足球竞彩威斯康星大学麦迪逊分校南加州大学的同事展示了精确的原子机制，这些机制解释了为什么已知的最硬物质的“纳米结构”陶瓷材料表现出异常的柔性性。欧洲杯足球竞彩
与其他非常硬的材料不同，这些先进的陶瓷倾向于弯曲而不是断裂，这意欧洲杯足球竞彩味着它们可以变成极持久而轻巧的部分，从汽车发动机和高速加工工具到体内的医疗植入物。
但是，众所周知，他们也很难设计，因为他们的名字意味着它们具有落入纳米大小的分子和原子范围的谷物结构。
“如何优化他们的设计是一个悬而未决的问题，”也是工程物理学教授的Szlufarska说。“人们已经使用了试验和错误方法使这些材料更加困难。但是，对于为什么它们更难的原因仍然有很多理解。”欧洲杯足球竞彩
模拟可以通过提供实验不可用的细节来帮助回答这一点。使用原子尺度的模拟，该团队首次观察原子如何移动和相互作用作为在压力下变形的超硬陶瓷变形。进步不仅为这些材料的性质提供了前所未有的见解，而且还提供了一种研究人员可以系统地使用纳米工程的工具。欧洲杯足球竞彩
“这项研究只是第一步，” Szlufarska说。“目标是设计可能的最强材料。”
特定的纳米结构陶瓷szlufarska着重于称为纳米晶硅碳化物，对高温和辐射具有极大的抵抗力，它使NASA将其视为航天飞机的涂层。另一个重要的应用是微电动机械系统（MEMS），当前由硅制成的微型机器。
Szlufarska说：“今天的Mems不能有两个表面互相摩擦，因为硅很脆，往往会破裂。”“如果我们可以从碳化硅中脱颖而出，那么天空将是应用的极限。”开火时，普通陶瓷（如粘土）变得脆弱。但是，当陶瓷由直径跨越原子的颗粒制成时，该材料在高温和压力下粘欧洲杯猜球平台结后表现出显着改善的延展性。
强度和柔软性的这种异常组合源自该材料的两相性质。Szlufarska说，在纳米晶硅碳化物中，晶粒的晶粒被晶粒的晶粒颗粒更加无序或无定形的晶粒边界矩阵包围，如小石头，像小石头一样被半富粉砂浆胶结。在其他纳米结构材料（例如金属）中，晶界的体积超过了。欧洲杯足球竞彩
为了理解原子量表，纳米晶硅碳化硅如何在有力下变形，该团队进行了模拟，其中他们按下了一个小的，虚拟的探针，称为凹痕，并观察原子的响应方式。最初，谷物变形，然后作为一个单位弹回，这是材料硬度的说明。
Szlufarska说：“在这一点上，谷物全部移动在一起，因为谷物边界像胶水一样将它们保持在一起。”
但是，随着探测器的压力更深并施加了更大的压力，研究人员目睹了材料的反应发生了令人惊讶的转变。在特定的凹痕深度，晶界开始产生，使单个晶粒在探针的力下独立旋转和滑动。
Szlufarska说：“由于晶界流动，因此材料比普通陶瓷更具延展性。”“最初的晶界最初是变形的一部分，因此，从本质上讲，它们可以保护谷物免于破裂。”
相反，纳米结构的金属没有这种阶段。取而代之的是，当材料开始产生时，他们的晶粒首当其冲，立即形成缺陷，例如微小的裂缝。
Szlufarska说：“一旦系统出现在系统中，系统就会较弱，它将破裂。”
她说，这种在合作谷物运动和硬度的响应中，对纳米结构陶瓷独有的跨性运动和延展性。接下来，研究人员想学习如何控制跨界点，以使更大的硬度在不损害柔韧性的情况下将硬度更大。例如，它们可以改变晶界的体积或晶粒的大小。杂质或掺杂剂也可能会添加到晶界中，以使材料更强。
这一切的关键是巨大的计算能力，它允许科学家模拟材料的原子细节。
Szlufarska说：“实验和设备变得越来越小，而模拟越来越大。”“这是一个独特的时代，材料设计的前缘完全在相同的长度尺度上，可以完全原子模拟。”欧洲杯足球竞彩