Voor sommige taken is modellering efficiënter dan experimenteel onderzoek. Bijvoorbeeld, wanneer voor grote families van kandidaat-materialen moet worden onderzocht of ze daadwerkelijk kunnen bestaan. Het uitvoeren van talloze syntheses en analyses kan jaren in beslag nemen. Een computationele studie heeft daarentegen vaak maar enkele uren nodig om uit te maken of een kandidaat zeker niet/misschien/hoogstwaarschijnlijk wel zal kunnen worden gevormd. Een efficiënte aanpak zou dan ook zijn om de familie van kandidaten eerst computationeel te onderzoeken, waarna het experimenteel onderzoek zich kan concentreren op de meest veelbelovende kandidaten.

Een voorbeeld van een interessante materialenfamilie zijn de MAX-fasen. Dit zijn nanolaminaten van hexagonale carbides en nitrides, met als algemene formule M_n+1AX_n
(n=1, 2, 3). Hierbij is M een vroeg transitiemetaal, A komt uit het p-blok, en X is koolstof of stikstof.

MAX-fasen zijn technologisch interessant omdat ze de eigenschappen van metalen en keramische materialen verenigen: net als metalen zijn het goede elektrische en thermische geleiders en zijn ze vaak plooibaar. En net als keramische materialen zijn ze hitte- en oxidatiebestendig.

Er zijn momenteel een 70-tal MAX-fasen bekend, met Ti₂AlC, Ti₃SiC₂ en Ti₄AlN₃ als de bekendste. De elementen waaruit ze zijn opgebouwd, zijn aangeduid in Fig. 1. Aan een tempo van een vijftal per jaar worden er nog steeds nieuwe MAX-fasen gevonden, en dit door experimenteel onderzoek.

In dit thesisproject ga je enkele basiseigenschappen berekenen voor alle ≈1700 potentieel mogelijk MAX-fasen die kunnen gebouwd worden met de elementen die omrand zijn in Fig. 1. Hiervoor gebruik je enkel kwantumfysica (‘ab initio’ of ‘first-principles’ berekeningen), in de vorm van gebruiksvriendelijke computerpakketten. Door de beschikbaarheid van performante rekencapaciteit aan de UGent, kunnen deze berekeningen heel efficiënt parallel uitgevoerd worden (‘high-throughput’). Dit zal je toelaten om te voorspellen welke van deze 1700 kandidaten een gunstige vormingsenergie hebben en dus waarschijnlijk experimenteel kunnen worden gemaakt. Aangezien ook eigenschappen als de ductiliteit, thermische expansie en geleidbaarheid meteen mee berekend worden, zal je ook kunnen voorspellen welke van deze MAX-fasen de meest gunstige combinaties van eigenschappen hebben.

Het resultaat van deze thesis zal een schat aan voorspellende informatie zijn, die het experimenteel onderzoek naar nieuwe MAX-fasen vooruit zal helpen.

Literatuur:
http://en.wikipedia.org/wiki/MAX_phases
http://max.materials.drexel.edu/research-areas/max-phases/
http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2009.07.184 (review article)