來自艾姆斯國家實驗室和德州農工大學的科學家團隊開發了一種預測金屬延展性的新方法。這種基於量子力學的方法滿足了對廉價、高效、高通量的延展性預測方法的需求。研究團隊在難熔多元素合金上展示了這種方法的有效性。這些材料在高溫條件下的應用備受關注，但它們往往缺乏必要的延展性，無法應用於航太、核融合反應器和陸基渦輪機等領域。研究團隊發現，較高（增加）的電荷活性是體心立方金屬延展性增加的原因。黃色區域代表間隙（原子之間的區域）中較高的電子電荷，對應於電荷活性的增加，導致較高的延展性。淺藍色區域是電荷活性較弱的間隙。在這張圖片中，每個原子都以不同的顏色表示，如上文所述的鉭（Ta）、鉬（Mo）和鎢（W）。藍色、粉紅色和紅色等值線表示每個原子周圍的電荷分佈。資料來源：美國能源部艾姆斯國家實驗室

預測金屬延展性的挑戰延展性描述的是一種材料在不開裂或斷裂的情況下承受物理應變的能力。根據艾姆斯實驗室科學家、理論設計工作負責人普拉尚-辛格（Prashant Singh）介紹，目前還沒有預測金屬延展性的可靠方法。此外，試錯實驗既昂貴又耗時，尤其是在極端條件下。原子建模的典型方法是使用對稱的剛性球體。然而，辛格解釋說，在實際材料中，原子大小不一，形狀各異。當混合具有不同大小原子的元素時，原子會不斷調整以適應固定的空間。這種行為會造成局部原子變形。量子力學增強了延展性預測能力新的分析方法結合了局部原子畸變來確定材料是脆性還是延展性。它還擴展了當前方法的功能。 「它們（目前方法）在區分微小成分變化的韌性和脆性系統方面效率不高。但新方法可以捕捉到這種非微小的細節，因為現在我們在方法中添加了量子力學特徵，而這正是我們所缺少的，」辛格說。這種新型高通量測試方法的另一個優點是效率高。辛格解釋說，它可以快速測試數千種材料。這種速度和能力使得預測哪些材料組合值得實驗成為可能。這就最大限度地減少了透過實驗方法發現這些材料所需的時間和資源。高溫應用的驗證與影響為了確定他們的延展性測試效果如何，艾姆斯實驗室科學家歐陽高遠領導了團隊的實驗工作。他們對一組預測的難熔多主元素合金（RMPEAs）進行了驗證測試。 RMPEAs 是一種有可能用於高溫環境的材料，例如航空航天推進系統、核反應器、渦輪機和其他能源應用。透過驗證測試，研究小組發現：”預測的韌性金屬在高應力下發生了顯著變形，而脆性金屬則在類似載荷下開裂，這證實了新量子力學方法的穩健性。”編譯自: ScitechDaily