Atomistisk design av funktionella material
- Diarienummer
- IS14-0038
- Start- och slutdatum
- 150101-201231
- Beviljat belopp
- 3 750 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Nyligen så har den svenska gruppen utvecklat en ny teoretisk plattform baserad på avancerade ab-initio metoder, vilket har öppnat upp spännande perspektiv inom legeringsteori. Med detta tillvägagångssätt har vi för första gången kunnat studera den elektroniska och magnetiska strukturen hos komplexa multikomponentslegeringar. Den koreanska gruppen har utvecklat omfattande och transparent teori för plastisk deformation hos metaller, vilket klargör ett stort område inom materialfunktionalitet genom trukturkontroll. Genom att utgå ifrån dessa kompletterande färdigheter kommer vi nu att gå vidare genom att skapa en gemensam forskningslinje inom modern atomistisk design av högteknologiska material, baserat på kvantmekanisk ab-initio teori. Metoderna ommer att användas för att skapa teoretisk data av fundamentala egenskaper och för att förstå deras fysikaliska ursprung, vilket ommer att användas för att simulera system vid olika längdskalor. De problem som kommer att undersökas rör termofysikaliska och magnetiska egenskaper, fysik vid ytor och gränssnitt, samt relationen mellan mikromekaniska egenskaper hos material såsom lasticitet, plasticitet, duktilitet och hårdhet. Materialen kretsar kring övergångsmetallernas legeringar (Fe-, Ti-legeringar, högentropilegeringar), energirelevanta material samt specialstål. Programmet förväntas resultera i en ökad akademisk och praktisk kunskap om faktorerna som kontrollerar beteendet hos högteknologiska material.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.