AI模拟计算 Skoltech找到超级陶瓷材料提高涡轮机效率

慧正资讯，Skoltech研究人员研发出一种陶瓷树脂材料，该材料可用于制造金属涂料来提高燃气轮机的效率，如果进一步实验成功的话，这些陶瓷涂层将可以帮助发电厂生产出更多的电力，并且还可以帮助喷气式飞机消耗更少的燃料。

热喷涂金属涂料常用于保护发电厂和喷气式发动机的涡轮叶片。叶片本身由镍基的高温合金制成，该材料不仅可以在高温状态下保持机械强度，并且还可以将韧性和抗热降解等性能完美结合。但是，随着应用温度变得非常热的时候，超级合金也会出现软化，甚至熔化。

而高性能的金属涂层就可以确保涡轮叶片可以在更高的温度下正常运行，而不会影响其性能。在这种环境下，更高的温度就意味着更高的效率。

Skoltech研究所的Artem R. Oganov表示，目前涂层主要是由氧化钇进行保护的氧化锆制成，如果能找到更高温度下的稳定材料，将有助于从涡轮机中获得更多的有效功率。为了找到这样的新材料，Skoltech研究所的研究人员通过一系列的测试，确定了相关材料特性（特别是导热系数）的最佳方法，并且发布论文列出了一些极具应用价值的候选材料，目前这一研究还在继续。

热喷涂的技术涂料必须满足多项需求，尤其是要求具有非常高的熔点和非常低的导热系数，尤其是导热系数非常难于计算，因为它取决于晶体中复杂的“非谐波”效应。此外，加热时，材料的膨胀速度应与高温合金大致相同，否则它会从表面剥落。

Skoltech研究人员介绍，该材料不应在室温和涡轮机工作温度之间经历任何相变，否则会导致涂层破裂。它还应能承受高温下灰尘颗粒和氧气的影响，并防止氧离子到达底层金属并将其氧化。

这有点出乎意料，因为此类模拟涉及大量计算和广泛的统计数据，导致计算复杂度很高，于是项目组通过AI模拟而来原子之间的相互作用，来简化了计算方法。

Skoltec是作为一所学术机构，Skoltech的首要使命是在目标领域取得卓越的学术成就。学术成就通过学者、工程师、学生和校友建立的商业公司来实现商业价值。

Skoltech 的研究已经重点介绍了一些有望超越目前冠军的氧化钇稳定氧化锆的材料。其中包括铌酸钇（Y₃NbO₇）、钙钛矿结构BaLaMgTaO₆和BaLaMgNbO₆以及另外七种材料。也就是说，该团队计划继续进行计算搜索，以确定可能的备份选项以及仍然存在的潜在更好的候选者。

本文报道的研究得到了俄罗斯科学基金会拨款号 23-13-00117 和 19-72-30043 的支持。