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    El aprendizaje automático predijo un nitruro de tungsteno superduro y de alta densidad de energía

    Estructura cristalina y estructuras electrónicas teóricas de nuevas fases W-N. Crédito:© Science China Press

    Aunque el aprendizaje automático ha tenido éxito en muchos aspectos, su aplicación en predicciones de estructuras cristalinas y diseño de materiales aún está en desarrollo. Recientemente, Grupo del Prof. Jian Sun en el Departamento de Física, Universidad de Nanjing, implementó un algoritmo de aprendizaje automático en el método de búsqueda de estructura cristalina. Utilizaron un algoritmo de aprendizaje automático para describir la superficie de energía potencial y lo utilizaron para filtrar las estructuras cristalinas. mejorar la eficiencia de búsqueda de la predicción de la estructura cristalina.

    Compuestos híbridos de metales de transición y elementos ligeros, especialmente nitruros de metales de transición, han sido ampliamente estudiados por su alta incompresibilidad y módulo de volumen. Sin embargo, Aún no se han encontrado nitruros de tungsteno superduros (dureza Vickers superior a 40 GPa). Las bandas de energía aportadas por d electrones de valencia de átomos de tungsteno pueden cruzar fácilmente el nivel de energía fermi, y la metalicidad conduce a una gran reducción de su dureza. Por lo tanto, El diseño de estructuras de cristal de nitruro de tungsteno no metálicas parece ser una forma prometedora de alcanzar propiedades mecánicas sobresalientes como la superdureza.

    Basado en investigaciones previas, una colaboración dirigida por el profesor Jian Sun y el profesor Hui-Tian Wang del Departamento de Física, Universidad de Nanjing, resumió tres características para diseñar compuestos híbridos superduros de metales de transición y elementos ligeros:estructura cristalina estable a alta presión y metaestable a presión ambiental, estructuras electrónicas no metálicas, y una gran proporción de elementos ligeros. Estas características los inspiraron a diseñar nitruros de tungsteno ricos en nitrógeno que contienen configuraciones básicas especiales a base de nitrógeno, como anillos, cadenas redes y marcos, etc. Según estas reglas de diseño y el método de búsqueda de estructura cristalina de aprendizaje automático desarrollado recientemente, han predicho con éxito un nitruro de tungsteno h-WN6 rico en nitrógeno no metálico. Tiene una estructura similar a un sándwich formada por un anillo de nitrógeno de seis miembros y átomos de tungsteno.

    La función de localización de electrones y el análisis de carga de Bader indican que h-WN6 es un cristal iónico que contiene fuertes enlaces covalentes N-N. Puede ser estable a altas presiones y metaestable a presión ambiental. Es más, tiene un pequeño, comportamiento de ensanchamiento de la brecha de energía indirecta y anormal de la brecha bajo compresión. (ver la estructura cristalina, estructuras electrónicas y los comportamientos de alta presión en la figura adjunta). Más interesante aún, Se estima que h-WN6 es el más duro entre los nitruros de metales de transición conocidos hasta ahora, con una dureza Vickers de alrededor de 57 GPa y también tiene una temperatura de fusión bastante alta de alrededor de 1, 900 K. Además, Sus cálculos también muestran que este compuesto rico en nitrógeno se puede considerar como un material de alta densidad energética potencial debido a la buena gravimetría (3,1 kJ / g) y volumétrica (28,0 kJ / cm 3 ) densidades de energía.

    Un equipo de investigación colaborado de China implementó un algoritmo de aprendizaje automático en el método de búsqueda de estructura cristalina y encontró un nitruro de tungsteno superduro utilizando su nuevo método. Sus cálculos muestran que este compuesto es el nitruro de metal de transición más duro conocido hasta ahora. y también tiene otras propiedades extraordinarias, como alta temperatura de fusión y alta densidad de energía. Crédito:© Science China Press

    Los investigadores desarrollaron un método de búsqueda de estructuras cristalinas acelerado por aprendizaje automático, resumió las reglas de diseño de los compuestos de elementos ligeros de metales de transición superduros, y predijo un nitruro de tungsteno superduro y de alta densidad energética con buena estabilidad térmica. El estudio estimulará el diseño teórico y la síntesis experimental de este tipo de material de metal de transición con potencial valor de aplicación. Esto también enriquecerá la familia de materiales superduros y se puede utilizar como referencia para comprender el origen de la dureza.


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