Bientôt 43 formes de carbone extra-dur seront développées

Les matériaux super durs sont recherchés en raison de leur flexibilité. Ceci n’est pas compris en termes de flex, mais en termes de ce que ces matériaux super durs peuvent être utilisés pour la construction. Par exemple, la fabrication d’un revêtement résistant aux rayures peut trouver une multitude d’applications. Cela signifie que trouver plus de ces matériaux est en haut de la liste des principales priorités des scientifiques. C’est là qu’une équipe de l’Université de Buffalo intervient avec son utilisation de l’intelligence artificielle pour identifier quarante-trois types de carbone jusqu’alors inconnus.

On dit que ces formes de carbone sont stables et superdures. Cependant, ces 43 structures de carbone sont encore théoriques, ce qui signifie qu’elles ont été prédites mais pas encore créées. Eva Zurek, chimiste à l’Université de Buffalo, a déclaré: “ Les diamants sont le matériau le plus dur disponible dans le commerce à l’heure actuelle, mais ils sont très chers. J’ai des collègues qui font des expériences à haute pression en laboratoire, serrant des matériaux entre les diamants, et ils se plaignent du coût de la rupture des diamants. Nous aimerions trouver quelque chose de plus difficile qu’un diamant. Si vous pouviez trouver d’autres matériaux durs, vous pourriez potentiellement les rendre moins chers. Ils peuvent également avoir des propriétés utiles que les diamants n’ont pas. Peut-être qu’ils interagissent différemment avec la chaleur ou l’électricité, par exemple.

Comment définissez-vous la dureté d’un matériau? La dureté d’un matériau est définie par sa capacité à laisser un impact. Selon Zurek, mesurer la dureté d’un matériau peut être décrit comme “si vous essayez de saigner un matériau avec une pointe acérée, un trou ne sera pas fait ou le trou sera très petit”. La dureté peut être testée à l’aide d’un test de dureté Vickers qui a été utilisé pour mesurer la dureté des matériaux depuis 1925. La dureté est plus élevée si un matériau franchit la barre des 40 gigapascals, unités destinées à mesurer la pression.

Bien qu’il y ait encore une certaine incertitude en ce qui concerne les calculs, les scientifiques pensent que les 43 matériaux hypothétiques pourront en obtenir plus de 40 dans leurs tests de dureté Vickers. Zurek explique: «Très peu de matériaux très durs sont connus, il est donc intéressant d’en trouver de nouveaux. Une chose que nous savons sur les matériaux super durs, c’est qu’ils doivent avoir des liaisons solides. Les liaisons carbone-carbone sont très fortes, alors nous regardons le carbone. D’autres éléments qui ont tendance à se trouver dans des matériaux super durs proviennent du même côté du tableau périodique, comme le bore et l’azote ».

L’équipe s’est appuyée sur XtalOpt pour générer des structures cristallines de carbone afin de trouver des variations extrêmement dures du carbone. XtalOpt est un algorithme évolutif open source pour la prédiction de la structure cristalline qui a été développé dans le laboratoire de Zurek. Un autre algorithme d’apprentissage automatique qui a été formé sur la base de données Automatic FLOW (AFLOW), une grande bibliothèque de matériaux dont la dureté a déjà été déterminée, a été utilisé pour deviner la dureté des structures créées par XtalOpt.

Stefano Curtarolor, Ph.D., professeur de génie mécanique et de science des matériaux à l’Université Duke, a déclaré: «Il s’agit du développement accéléré des matériaux. Cela prendra toujours du temps, mais nous utilisons AFLOW et l’apprentissage automatique pour accélérer le processus dans une large mesure. Les algorithmes apprennent, et si vous avez bien formé le modèle, l’algorithme prédira les propriétés d’un matériau, dans ce cas, la dureté, avec une précision raisonnable.

Le co-auteur de l’étude, Cormac Toher, Ph.D., et professeur adjoint de recherche en génie mécanique et science des matériaux à l’Université Duke, a déclaré: “Vous pouvez prendre les meilleurs matériaux prédits en utilisant des techniques de calcul et les fabriquer de manière expérimentale.”