Hochdurchsatz Methoden für Tribologie an Grenzflächen

  • Wolloch, Michael (Projektleiter*in)

Projekt: Forschungsförderung

Projektdetails

Abstract

Hochdurchsatz Simulationen, bei denen die Eigenschaften vieler verschiedener Strukturen systematisch berechnet werden um jene mit günstigen Eigenschaften zu finden, werden immer häufiger verwendet um neue Materialien zu designen. Die großen anfallenden Datensätze werden dabei gewöhnlich mithilfe maschinellen Lernens geordnet und analysiert. Das Ziel von High-throughput methods for ab- intio Interface Tribology (HIT; Hochdurchsatz Methoden für Tribologie von Grenzflächen) ist diese Methoden erstmals für die Suche nach Materialien und Grenzflächen mit günstigen Reibungseigenschaften zu nutzen.
Dafür werden wir eine Reihe von interoperablen Apps entwickeln, die jeweils auch alleine einen großen Nutzen für Simulationen im Bereich der Materialwissenschaften haben werden. In Kombination werden diese Apps zusätzlich Wissenschaftlern ohne Erfahrung mit atomistischen Simulationen ermöglichen hochqualitative Berechnungen an Grenzflächen durchzuführen. Im Laufe des Projektes werden wir eine große, öffentliche und durchsuchbare Datenbank mit Rohdaten und Endresultaten aufbauen. Zu Beginn werden dies vergleichbar einfache Systeme aus monoatomaren Kristallen sein, der Fokus wird aber auf komplexen Grenzflächen von multiatomaren Kristallen liegen (z.B.: harte Beschichtungen und festen Schmiermitteln). Solch eine Datenbank existiert heutzutage nicht und wird von immensem Wert für die Wahl von neuen Materialien für die Mikro- und Nanotechnologie sein. Außerdem können die berechneten Kennzahlen verlässliche Input-Parameter für Kontinuums-Simulationen sein, die sehr wichtig im Maschinenbau und anderen technischen Disziplinen sind.
Weil die Simulationen von HIT auf einer quantenmechanischen Beschreibung der Elektronen in den modellierten Materialien basieren, ist die Genauigkeit der Resultate generell sehr hoch und es lassen sich grundlegende Zusammenhänge zwischen den quantenmechanischen Eigenschaften der Systeme und ihren Materialeigenschaften ableiten. Solche Eigenschaften sind z.B.: Adhäsion, Scherfestigkeit und die Bildung von Spannung abbauenden beweglichen Gitterfehlern. Solche Gitterfehler sind als Versetzungen bekannt und werden zur Zeit in den allermeisten fundamentalen Reibungsstudien noch nicht berücksichtigt. Die Berechnung dieser Versetzungen auf quantenmechanischer Basis im Kontext von Reibung an Grenzflächen ist ein wichtiger Schritt für das Verständnis von Reibungssystemen. Die Analyse der produzierten Daten wird auf Methoden des maschinellen Lernens und künstlichen neuronalen Netzen basieren. Dadurch werden wir nicht nur automatisch komplexe Korrelationen und Muster in den Daten finden können, sondern auch die vorhandenen Daten nutzen, um Vorhersagen für noch nicht berechnete Grenzflächen zu treffen.
StatusAbgeschlossen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/02/2031/01/23

Schlagwörter

  • Shear Strength
  • Density Functional Theory
  • Dislocations
  • Interfaces
  • Tribology
  • High-Throuput