Результати роботи, опублікованої в журналі Scientific Reports, показують, що високоентропійні карбонітриди можуть використовуватися як перспективні матеріали для захисних покриттів обладнання, що працює в екстремальних умовах — при високій температурі, термічному ударі та хімічній корозії.
«В новому дослідженні ми використали потенціали міжатомного взаємодії на основі глибоких нейронних мереж для моделювання структури високоентропійного карбонітриду y (TiZrTaHfNb)CxN1−x як у твердому, так і в рідкому станах. Це дозволило нам спрогнозувати температури нагріву та охолодження залежно від вмісту азоту, визначити температуру плавлення та проаналізувати взаємозв'язок структура-властивість з точки зору міжатомного взаємодії. Збільшення вмісту азоту призводить до підвищення температури плавлення, що пов'язано зі зміною відносної стабільності рідкої фази порівняно з твердою при додаванні азоту», — розповів керівник дослідження Олександр Квашнін, професор Проектного центру з енергетичного переходу Сколтеху.
Група вчених розробила нову процедуру навчання DeepMD-потенціалу для моделювання процесу плавлення та кристалізації матеріалу TiZrTaHfNbCxN1-x, що дозволило потім розрахувати його температуру плавлення. Потенціал був навчений на даних про траєкторії, отриманих із моделювання молекулярної динаміки з використанням теорії функціонала електронної щільності, що дозволило досягти високої точності прогнозів.
Підхід спрямований на розширення можливостей класичного молекулярно-динамічного моделювання, що дозволяє проводити точне моделювання та аналіз процесу плавлення з прогнозуванням температури плавлення не тільки високоентропійних карбонітридів, але й інших складних багатокомпонентних матеріалів.
Автори виявили максимальну температуру плавлення для складу (TiZrTaHfNb)C0.75N0.25 — 3580±30 К. Завдяки додаванню азоту характеристики плавлення високоентропійних сполук можна покращити — це дозволить змінити теплохімічні властивості функціональних і конструкційних матеріалів.