材料科学研究人员制定了一种模型，可以考虑原子如何在所谓的“谷物边界”中的违规性 - 这是两种材料相遇的界面。通过描述这些界面处的原子包装，该工具可用于帮助研究人员确定谷物边界如何影响金属合金和其他材料的性质。
“我们所知，这些谷物边界数十年来影响物质特征，”Srikanth Patala.一份关于工作中关于工作的纸质作者以及NC州立大学材料科学与工程助理教授的作者。“但是很难理解这些缺陷在原子水平上看起来像什么，因此，了解这些结构违规是如何影响材料的强度，僵硬，延展性等。
“现在我们有一个工具让我们看到并实际上了解这些无序的原子结构真的是什么样的 - 这是朝着究竟弄清楚发生的事情的重要一步，”巴拉拉说。
大多数材料具有相当规律的特定原子结构。例如，铝具有立方体结构，用原子排成长链的立方体，而钛形成基本上叠六角形。但是当两种材料相遇时，例如金属合金，这些整洁的组织结构彼此冲突，产生无序的晶界。
在谷物边界中，塔拉研究组开发的模型在晶粒边界内发现不规则的三维形状，对它们进行分类，然后识别不规则形状的模式。
“显微镜的进步可以帮助我们捕获原子的图像如何在晶界中排列，但我们并不真正知道我们正在寻找什么 - 您可以以任何方式连接点，”巴拉拉说。“我们的工具有助于在可能出现混乱的原子景观中辨别几何特征模式。
“现在，可以识别出这些模式，下一步是用于计算研究人员 - 与我一样 - 与实验研究人员一起使用，以确定这些模式如何影响材料的属性，”巴拉拉说。
一旦效果得到了很好的理解，可以使用信息来更好地识别特定晶界类型的强度和弱点，加快新的合金或其他材料的发展。
称为多面体单元模型的工具可用于模拟任何材料的晶界，其中原子之间的吸引力仅通过原子之间的距离，例如金属和离子固体 - 包括一些陶瓷。然而，该方法不适用于碳，例如碳，形成所谓的方向键。
“我们目前正在努力通过开源软件公开可公开提供多面体单元模型，”巴拉拉说。“我们计划在今年年底到达，并希望迟早。”
本文，“FCC金属晶界结构的三维多面体单元模型，“在自然期刊上发表NPJ计算材料。本文的铅作者是NC国家博士后研究员Arash Banadaki。该工作是通过国家科学基金会的支持，根据职业奖授予DMR-1554270。
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