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新方法提高了预测金属与水反应的能力

九筒娱乐网 2022-10-19 10:11:07

新方法提高了预测金属与水反应的能力

腐蚀的范围很广，一个数十亿美元的全球性问题，有一天可能会由于新的更好的方法来预测金属与水的反应而大大缩小。

俄勒冈州立大学和加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员开发了一种新的计算方法，该方法结合了两种技术，可以使预测更快，成本更低且更有效。

这项发现发表在《自然通讯》上，可能具有广泛的应用，包括桥梁和飞机发动机的设计，两者都容易受到腐蚀

俄勒冈州立科学学院杰出的化学教授道格·凯斯勒说，除金和银之类的贵金属外，每种金属都会与水发生反应。

凯斯勒表示：“我们想先通过计算方法来预测金属的特定反应以及金属与水的结合以及这些反应的产物，而不是通过实验来确定它们。” OSU的可持续材料化学专业。

凯斯勒指出，传统上，当观察溶解在水中的金属时，化学假设是金属会溶解形成简单的盐。但是，这并不总是会发生。

他说：“在许多情况下，它最初会溶解形成一个包含许多金属原子的复杂簇。” “我们现在可以预测溶液中存在的团簇的类型，因此可以从计算的角度进一步理解金属的溶解。”

研究人员从第13组元素的含水金属氧化物和氢氧化物簇中进行研究，科学家将量子力学计算与“组加和”方法结合在一起，创建了Pourbaix图，这是描述水中溶解的金属物种的金标准。

OSU化学副教授Paul Ha-Yeon Cheong说：“采用这种新方法，我们可以定量评估簇稳定性与pH和浓度的关系。”

了解簇之所以至关重要，是因为簇在从生物矿化到电子应用薄膜的溶液沉积等化学过程中所扮演的角色。和表征腐蚀能够描绘出金属稳定相在水中茎。

凯斯勒说：“例如，如果要为桥梁设计一种新钢，则希望在计算设计过程中包括潜在的腐蚀。” “或者，如果您有一种用于飞机发动机的新金属，您希望能够确定它是否会被腐蚀。”

这些例子不仅是假设的。就在去年夏天，一家日本航空公司不得不对波音787 Dreamliners机队的所有100台劳斯莱斯发动机进行翻新，此前由于涡轮叶片的腐蚀和破裂而导致了一系列发动机故障。这些引擎每台售价2000万美元。

研究合著者，加州大学伯克利分校材料科学教授克里斯汀·A·佩尔森说：“大多数普尔拜图都没有包括这些金属团簇，因此我们对金属溶解和与水反应的了解一直缺乏。” “我们现在发现了一种快速准确的形式主义，可以在计算机中模拟这些簇，这将改变我们预测金属在水中如何反应的能力。”