Проект коллектива научных сотрудников Южно-Уральского государственного университета грантовую поддержку Российского научного фонда (РНФ). Проект ориентирован на получение фундаментальных знаний о свойствах перспективных ванадиевых сталей. Хотя ванадиевые стали давно известны и широко используются, например, для изготовления гаечных ключей, их свойства изучены недостаточно. Результаты исследования позволят предсказывать свойства ванадиевых сталей более точным и дешевым способом, по сравнению с экспериментальным методом.
Исследование относится к стратегическому проекту ЮУрГУ ?Новые перспективные материалы? по программе ?Приоритет 2030? (Национальный проект ?Наука и университеты?).
Огромную научную значимость имеет решение глобальной проблемы сокращения выбросов углерода, одним из вариантов которого является развитие ядерной энергетики с использованием реакторов на быстрых нейтронах. Но материалы для таких реакторов должны иметь повышенную прочность, теплостойкость, устойчивость к коррозии и повреждению нейтронным излучением. Одним из перспективных классов таких материалов являются ванадиевые (V-Ti) сплавы. Ученые ЮУрГУ изучают характер физико-химических, термодинамических и механических свойств таких сплавов. Это исследование станет отправной точкой к созданию новых материалов специального назначения с заданным и управляемым комплексом свойств для ядерной энергетики.
?Больше всего нас интересует такое свойство, как энергия смешения атомов в ванадиевых сталях. Необходимо исследовать то, как атомы ванадия взаимодействуют друг с другом и с атомами титана в различных вариантах их взаимного расположения. Сравнив энергии различных комбинаций и обнаружив энергетическую разницу (энергию смешения), можно произвести расчеты характеристик ванадиевых сталей при помощи термодинамики. Зная величину энергии смешения в различных составах материала, процесс прогнозирования его свойств значительно ускорится?, – рассказывает руководитель проекта, доктор физико-математических наук, профессор кафедры ?Физика наноразмерных систем? Александр Мирзоев.
История изучения твердых растворов Fe-V насчитывает многие десятилетия. Они играют важную роль при конструировании специальных сталей: нержавеющих, жаропрочных, хладостойких. Однако до сих пор многие термодинамические характеристики данной системы не могут считаться достоверными. Ученые ЮУрГУ предлагают новый метод получения надежных фазовых диаграмм – метод термодинамического моделирования (CALPHAD) с учетом первопринципных расчётов энергии гамма- и альфа-фаз в этой системе.
?Физические свойства объектов определяются характером взаимодействия атомов, который определяет, как часто они сталкиваются, с какой интенсивностью они обмениваются энергией и др.? Первопринципные методы расчета взаимодействия молекул исходят из законов квантовой механики, благодаря чему славятся своей точностью. Однако по этому методу расчеты проводятся длительное время: один расчет занимает от 12 часов работы суперкомпьютера?, – поделилась Анастасия Верховых, доцент кафедры ?Физика наноразмерных систем?, кандидат физико-математических наук.
Для исследования систем Fe-V и V-Ti ученые ЮУрГУ будут использовать квантово-механические расчеты, инструменты молекулярно-динамического моделирования и машинного обучения. При выполнении проекта будет задействован суперкомпьютерный центр Южно-Уральского государственного университета (суперкомпьютер для параллельных вычислений ?СКИФ-Торнадо?) и программы WIEN-2K и VASP.
Реализация проекта рассчитана на 2 года (2023–2024 гг.). Объем финансирования в рамках поддержки РНФ составляет 3 млн?рублей. Результаты проекта будут опубликованы в ведущих российских и зарубежных журналах, индексируемых в Web of Science Core Collection, Scopus, РИНЦ (?J. Alloys and Compounds?, ?Physica Status Solidi (B)?).
Южно-Уральский государственный университет?– это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе ?Приоритет 2030?. Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта ?Наука и университеты?.