Ученые Самарского политеха создали онлайн-сервис для поиска структур металлических соединений. В его основе лежит оригинальный математический подход, который позволяет выявить новые закономерности в таком малоизученном классе веществ, как интерметаллиды, и прогнозировать свойства новых соединений металлов для высокотехнологичной промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.

Интерметаллиды – большой класс химических веществ, образованных в результате реакции между двумя и более металлами. По словам ученых, они обладают очень сложным строением и прогнозированием их внутренней структуры занимаются многие научные группы во всем мире.

Грань между интерметаллидами и сплавами очень тонка. Формально интерметаллидами являются вещества определенного химического состава, которые получены при любом взаимодействии простых веществ-металлов таким образом, что образовалась новая, нехарактерная для исходных веществ кристаллическая структура.

Знакомым всем примером интерметаллида является латунь – соединение меди и цинка, в одном из вариантов которого на 5 атомов меди приходится 8 атомов цинка. А вот сталь действительно является сплавом, поскольку в ее состав в разных количествах входит неметалл углерод.

Благодаря превосходным эксплуатационным свойствам интерметаллиды находят широкое применение при изготовлении узлов и обшивки самолетов, турбокомпрессоров и прокладок трубных коммуникаций, а также в высокотехнологичных отраслях – водородной энергетике, изготовлении микросхем и зубных имплантов.

На сегодняшний день описаны химические свойства и важнейшие физические характеристики более 20 тыс. интерметаллидов. Научное сообщество давно пытается установить связь между кристаллической структурой этих веществ и их наблюдаемыми особенностями. Выявление каких-либо закономерностей помогло бы развитию фундаментальной науки и созданию новых материалов для промышленности.

Ученые Самарского государственного технического университета (Самарского политеха) разработали программу, которая не только выявила закономерности в массивах данных об интерметаллидах, но и позволила прогнозировать структуру этих веществ в онлайн-режиме, сообщила одна из авторов разработки, старший научный сотрудник лаборатории кристаллохимии и дизайна кристаллов Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению на базе Самарского политеха Ольга Блатова.

«Мы впервые обобщили данные по строению всех известных интерметаллидов. В первую очередь эти данные могут быть использованы и уже используются как справочная информация. На нашем интернет-ресурсе TopCryst мы опубликовали сервис поиска так называемых локальных атомных конфигураций – типичных фрагментов структур интерметаллидов (нанокластеров), которые упорядочены по способу их построения», – рассказала она.

По ее словам, сегодня библиотекой интерметаллидов пользуются более чем в 70 странах. Для упорядочения данных ученые использовали разработанные в СамГТУ методы автоматизированного топологического анализа ToposPro.

«ToposPro позволил нам исследовать такое большое количество структур интерметаллидов, среди которых были настоящие „монстры“ – исключительно сложные объекты. В созданной нами базе данных собраны типичные фрагменты подобных сеток, выделенные в автоматическом режиме. Такую работу пока больше никто в мире проделать не может», – отметила Ольга Блатова.

Она сообщила, что огромный вклад в разработку онлайн-сервиса внесли магистранты Самарского политеха. Планируется, что они будут принимать участие и в дальнейших исследованиях по поддержанию и расширению созданной базы данных, а также по выявлению новых закономерностей.

«В ближайшем будущем мы представим метод определения устойчивости заданной структуры интерметаллида, позволяющий более точно предсказывать возможности синтеза новых веществ и материалов этого класса», – рассказала сотрудник Самарского политеха.

Работа поддержана Российским научным фондом (проект № 22-23-00322).

Источник: https://ria.ru/20230705/nauka-1880937222.html