Innowacyjne oprogramowanie stwarza nowe możliwości dotyczące stopów nowej generacji
Metale zbudowane z materiałów nanokrystalicznych o średnicach wynoszących zaledwie kilkadziesiąt nanometrów są zwykle dużo wytrzymalsze od swoich tradycyjnych odpowiedników, charakteryzujących się większą ziarnistością. Pomimo tej widocznej przewagi i znacznie lepszych właściwości, naukowcom do tej pory nie udawało się skutecznie przewidywać możliwości tego rodzaju materiałów, co znacząco ogranicza popularyzację tego rodzaju rozwiązań na rynkach. Sytuacja może jednak ulec zmianie dzięki innowacyjnemu narzędziu – oprogramowaniu ICARUS-SW. „ICARUS-SW to oprogramowanie, które powstało z myślą o analizie granic ziarna różnorodnych materiałów”, twierdzi Stefanie Prenner, badaczka zatrudniona w firmie Brimatech Services GmbH i koordynatorka projektu ICARUS-SW. „W wyniku naszych prac powstało rozwiązanie, które może utorować drogę do skutecznego opisywania i przeprowadzania analiz stabilnych termodynamicznie stopów nanokrystalicznych”. Narzędzie ICARUS-SW stanowi tylko jeden z rezultatów finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ICARUS, który dobiegł końca w sierpniu 2019 roku. W czasie trwającego zaledwie rok projektu ICARUS-SW, naukowcy skupieni w ramach zespołu przeprowadzili dogłębną analizę rynkową nowego narzędzia, która objęła analizę konkurencyjności, określenie grona potencjalnych użytkowników rozwiązania, a także badanie wykonalności technicznej i opłacalności.
Kluczowe wyróżniki
Dotychczas na rynki trafił szereg komercyjnych rozwiązań typu CALPHAD, które pozwalają na symulowanie i modelowanie stabilności termicznej stopów. Oprogramowanie ICARUS-SW wyróżnia możliwość przeprowadzania obliczeń w nanoskali, które nie tylko uwzględniają granice, ale także pozwalają na opisanie nanostruktury badanego materiału. „Dzięki tym wyróżnikom możemy zająć się badaniem nowych rodzin materiałów o niespotykanych dotąd właściwościach i osiągach, które znajdą zastosowanie w wielu obszarach”, wyjaśnia Prenner. „Rozwiązanie ICARUS-SW może otworzyć nam drzwi do nowych materiałów konstrukcyjnych, odpornych na promieniowanie, opracowanych z myślą o katalizie i wytwarzaniu energii, a także lekkich stopów i powłok odpornych na korozję, które mogą stanowić rozwiązania wielu wyzwań stojących przed nauką i technologią”. W ramach poprzedniego projektu FET ICARUS, zespół wytworzył szereg stopów nanokrystalicznych (głównie na bazie wolframu) w celu zweryfikowania poprawności kodu oprogramowania.
Predykcyjne narzędzie do badania nowych rozwiązań
Jednym z głównych zagadnień, którymi zajął się zespół projektowy, było określenie możliwie najskuteczniejszej strategii rozwoju narzędzia ICARUS-SW z poziomu teorii naukowej do dostępnego na rynku produktu, który będzie gotowy na konkurowanie z innymi rozwiązaniami pozwalającymi na wykonywanie obliczeń termodynamicznych. W tym kontekście zespół dobrał użytkowników i odpowiednich interesariuszy, a następnie przeprowadził z nimi rozmowy, aby lepiej poznać ich realne potrzeby i wymagania, a także zebrać opinie na temat mocnych stron i ograniczeń rozwiązań dostępnych na rynku. Przeprowadzili również wywiady z producentami podobnych narzędzi programowych, aby w ten sposób ocenić wymagania dotyczące dostawców oprogramowania i wysondować możliwości ewentualnej współpracy. „Na podstawie przeprowadzonych prac udało nam się dostrzec możliwość wypozycjonowania narzędzia ICARUS-SW w roli predykcyjnego narzędzia, które umożliwia badanie, określanie i projektowanie nowych, stabilnych termodynamicznie nanokrystalicznych stopów metali o lepszych niż dotychczas właściwościach”, dodaje Prenner.
Stopy nowej generacji
Zespół skupiony wokół projektu zajął się badaniem potencjału rozwiązania narzędzia ICARUS-SW w zakresie opracowywania nowych rodzajów materiałów, charakteryzujących się nie tylko niespotykanymi dotąd właściwościami i osiągami, ale także szeregiem innych korzyści, wśród których można wymienić między innymi niższe koszty i skrócenie czasu rozwoju produktów, zmniejszenie uzależnienia od importowanych surowców krytycznych, a także zwiększenie konkurencyjności europejskiej gospodarki na polu sztucznie wytwarzanych materiałów. „Mamy nadzieję, że dzięki skutecznej realizacji tego projektu udało nam się położyć podwaliny pod rozwój produktu końcowego, którego powstanie pozwoli nam na opracowywanie stopów nowej generacji”, dodaje Prenner.
Słowa kluczowe
ICARUS-SW, stopy, ICARUS, oprogramowanie, nanokrystaliczne stopy metali, materiały nanokrystaliczne, CALPHAD