El movimiento de los átomos en los sólidos controla todo.
Para desarrollar nuevos materiales, los ingenieros de materiales deben poder predecir qué tan rápido los átomos de impureza se difunden o se propagan en un cristal en un rango de temperaturas.
Utilizando nuevas técnicas computacionales, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han construido el primer modelo exacto para la difusión en aleaciones de magnesio. Si bien el magnesio es el metal estructural más ligero, este nuevo modelo podría significar grandes cosas para los ingenieros de materiales, ya quetambién se puede usar para predecir cómo se difunden los átomos en muchos otros materiales.
Einstein describió por primera vez el mecanismo fundamental de difusión, pero solo se ha modelado exactamente para unos pocos cristales.
"El análisis informático del cristal de magnesio reveló simetrías rotas ocultas que impactan cómo se moverían los diferentes átomos en el magnesio", explicó Dallas Trinkle, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en Illinois.
En combinación con cálculos de mecánica cuántica de última generación, Trinkle y su estudiante de doctorado Ravi Agarwal, pudieron predecir la difusión de metales de tierras comunes y raras, que pueden utilizarse para muchas aplicaciones vitales y prácticas.
"La mayoría de los solutos de sustitución en sólidos se difunden a través de vacantes, sin embargo, los modelos analíticos ampliamente utilizados para la difusividad hacen aproximaciones incontroladas en las relaciones entre las tasas de salto atómico que reducen la precisión", dijo Agarwal, quien es el primer autor del estudio, "Modelo exactodel transporte de solutos mediado por vacantes en magnesio, publicado en Cartas de revisión física . "El análisis de simetría del cristal hexagonal de relleno compacto identifica transiciones de vacantes más distintas que los modelos anteriores, y un enfoque de función verde calcula la difusividad exactamente para solutos en magnesio. Encontramos grandes diferencias para el arrastre de solutos de aluminio, zinc y tierras rarassolutos y energías de activación de difusión mejoradas, destacando la necesidad de modelos de transporte analíticos exactos "
"Estos nuevos resultados permitirán la creación de nuevos metales estructurales livianos para aplicaciones automotrices y aeroespaciales", dijo Trinkle. "Este modelo es particularmente esclarecedor, ya que podemos encontrar una simetría rota en movimientos atómicos que anteriormente se pensaba que eranidéntico. Este método ahora puede usarse para predecir cómo los átomos se difunden en muchos otros materiales "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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