(Oxidation protection with amorphous surface oxides: Thermodynamic insights from ab-initio simulations on aluminum)
امروزه، پیشرفت های چشمگیر در زمینه محاسبات و شبیه سازی های کوانتومی بر ساخت، پیش بینی و توسعه مواد نوین موثر بوده است. رشته مهندسی مواد نیز متاثر از این پیشرفت ها بوده است. علم مواد محاسباتی به عنوان گرایشی نوظهور در زمینه مهندسی مواد، به پیش بینی ساختارهای جدید متناسب با کربردهای مختلف می پردازد که موجب افزایش توجه محققین به این زمینه شده است. در این راستا، در مقاله ای بسیار مهم که در مجله معتبر ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است، توسعه پوشش های جدید برای جلوگیری از اکسیداسیون سطحی آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفته است.
در این مقاله از شبیه سازی کوانتومی برای درک نیروی محرکه ترمودینامیکی برای انتخاب فاز اولیه از میان ساختارهای آمورف و کریستالی برای رشد لایه سطحی بر روی زیرلایۀ کریستالی، انجام شده است. در این روش، رقابت بین لایه های آلومینیایی کوراندوم، اسپینل، و آمورف برای رشد بر روی فلز آلومینیوم انجام شده است. با توجه به محاسبات مشخص شد زمانی که ضخامت لایه سطحی حدود 1 نانومتر باشد، لایه آلومینای آمورف پایدارتر است و با افزایش ضخامت این لایه، فاز اسپینل به فاز پایدار تبدیل می شود. محاسبات نشان دادند که لایه های نانومقیاس اسپینل آلومینا، تشکیل فاز آمورف می دهند و به پایدارترین حالت می رسند.
نتایج این پژوهش به صورت کمی پایداری ترمودینامیکی لایه های سطحی آمورف را تایید کرده و بر نقش پوشش های آمورف در مراقبت از سطوح تاکید می کنند.
منبع: DOI: 10.1021/acsami.7b14868