Atomistic design of functional materials
- Reference number
- IS14-0038
- Start and end dates
- 150101-201231
- Amount granted
- 3 750 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Recently, the Swedish team established a new theoretical platform based on advanced first-principles methods, which has opened rich and exciting perspectives in the field of computational alloy theory. Using this approach we could study, for the first time, the electronic and magnetic structure of complex multi-component alloys. The Korean team developed comprehensive and transparent theory for plastic deformation of metals, which clarifies a wide area of material functionality by texture control. Starting from these complementary skills, we will now go further by creating a joint front line research environment within the modern atomistic design of high-technology materials based on first-principles quantum theory. The methods will be employed to create accurate theoretical data of fundamental properties and to understand their physical origin, which will then be used for simulations describing systems at different length scales. The problems to be investigated concern the thermo-physical and magnetic properties, physics of surfaces and interfaces and the relationship to the micro-mechanical characteristics of materials, such as elasticity, plasticity, ductility, and hardness. The materials revolve around transition metal alloys (Fe-, Ti-alloys, High Entropy Alloys), energy-relevant materials, and special steels. The program is expected to result in an enhanced academic and practical knowledge of the factors controlling the behavior of high-technology materials.
Popular science description
Atomer i fasta kroppar hålls samman av elektroner. Elektronerna kan sägas bilda ett slags "kitt" som binder ihop atomkärnorna till varandra. För att teoretiskt beskriva detta krävs att man kan beräkna hur elektronerna rör sig i materialet. Utgående från den s k Schrödingerekvationen kan man räkna ut detta och på så sätt få en uppfattning om hur elektronerna breder ut sig i systemet. För ett material som består av 10^23 atomer är detta ett mycket omfattande problem. För kristallina material (d.v.s. där atomernas lägen intar symmetriska positioner) kan man ta hjälp av symmetrin och reducera ner problemet till en nivå som är hanterbar. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom våra metodutvecklingar öppnar sig nya spännande möjligheter att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, dvs baserat på kvantmekaniska principer. Egenskaperna hos s.k. intermetalliska legeringar är högintressanta för teknologiska tillämpningar. Som exempel kan nämnas höghållfasta superlegeringar, eldfasta material, och speciella stålsorter. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom kemi, fysik, miljöteknologi, energi etc. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med koreanska forskare utveckla nya materialsammansättningar och stålsorter med optimala egenskaper. Detta baserat på teoretiska studier av relevanta materialparametrar.