Exploration von Phasenstabilität, funktionalen und mechanischen Eigenschaften in Refraktär- und Edelmetall-basierten "multiple-principal element" Legierungen

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Drautz; Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403582885

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Konzept der Multi-Hauptelement-Legierungen (MPEAs) als Legierungen, die kein Basiselement haben, eröffnet einen gigantischen Multielement- und Multizusammensetzungsphasenraum. Wir haben diesen Raum in einem zweistufigen Verfahren untersucht, das einerseits die physikalische Metallurgie mit der Datenanalyse und andererseits die kombinatorische Synthese von Dünnschicht-Materialbibliotheken und computergestützte Hochdurchsatzmethoden miteinander verbindet, was den jüngsten Vorschlägen für eine systematischere Entwicklung von MPEAs entspricht. Wir haben vereinfachte Modelle aufgestellt, die es uns ermöglichen, den Zusammensetzungsraum von MPEAs zu navigieren, und maschinelle Lernpotenziale entwickelt, die auf der Grundlage von Hochdurchsatz- Dichtefunktionen genaue Simulationen von Mehrkomponentensystemen ermöglichen. Parallel zu den Arbeiten in Theorie und Simulation wurden kombinatorische Experimente durchgeführt. Die synthetisierten Bibliotheken wurden durch Hochdurchsatz-Charakterisierung der strukturellen, mechanischen, elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften untersucht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Bayesian Optimization of High‐Entropy Alloy Compositions for Electrocatalytic Oxygen Reduction**. Angewandte Chemie International Edition, 60(45), 24144-24152.
  Pedersen, Jack K.; Clausen, Christian M.; Krysiak, Olga A.; Xiao, Bin; Batchelor, Thomas A. A.; Löffler, Tobias; Mints, Vladislav A.; Banko, Lars; Arenz, Matthias; Savan, Alan; Schuhmann, Wolfgang; Ludwig, Alfred & Rossmeisl, Jan
  
• Complex‐Solid‐Solution Electrocatalyst Discovery by Computational Prediction and High‐Throughput Experimentation**. Angewandte Chemie International Edition, 60(13), 6932-6937.
  Batchelor, Thomas A. A.; Löffler, Tobias; Xiao, Bin; Krysiak, Olga A.; Strotkötter, Valerie; Pedersen, Jack K.; Clausen, Christian M.; Savan, Alan; Li, Yujiao; Schuhmann, Wolfgang; Rossmeisl, Jan & Ludwig, Alfred
  
• Design of refractory compositionally complex alloys with optimal mechanical properties. Physical Review Materials, 5(6).
  Ferrari, Alberto; Lysogorskiy, Yury & Drautz, Ralf
  
• Phase constitution of the noble metal thin-film complex solid solution system Ag-Ir-Pd-Pt-Ru in dependence of elemental compositions and annealing temperatures. Nano Research, 15(6), 4827-4836.
  Xiao, Bin; Wang, Xiao; Savan, Alan & Ludwig, Alfred
  
• Zooming‐in – Visualization of active site heterogeneity in high entropy alloy electrocatalysts using scanning electrochemical cell microscopy. Electrochemical Science Advances, 2(3).
  Tetteh, Emmanuel Batsa; Banko, Lars; Krysiak, Olga A.; Löffler, Tobias; Xiao, Bin; Varhade, Swapnil; Schumacher, Simon; Savan, Alan; Andronescu, Corina; Ludwig, Alfred & Schuhmann, Wolfgang
  
• Correlations of Composition, Structure, and Hardness in the High-Entropy Alloy System Nb–Mo–Ta–W. High Entropy Alloys & Materials, 1(1), 110-119.
  Xiao, Bin; Lysogorskiy, Yury; Savan, Alan; Bögershausen, Heidi; Pfetzing-Micklich, Janine; Raabe, Dierk; Drautz, Ralf & Ludwig, Alfred
  
• Efficient parametrization of the atomic cluster expansion. Physical Review Materials, 6(1).
  Bochkarev, Anton; Lysogorskiy, Yury; Menon, Sarath; Qamar, Minaam; Mrovec, Matous & Drautz, Ralf
  
• Elemental (im-)miscibility determines phase formation of multinary nanoparticles co-sputtered in ionic liquids. Nanoscale Advances, 4(18), 3855-3869.
  Meischein, Michael; Garzón-Manjón, Alba; Hammerschmidt, Thomas; Xiao, Bin; Zhang, Siyuan; Abdellaoui, Lamya; Scheu, Christina & Ludwig, Alfred
  
• Multilayer atomic cluster expansion for semilocal interactions. Physical Review Research, 4(4).
  Bochkarev, Anton; Lysogorskiy, Yury; Ortner, Christoph; Csányi, Gábor & Drautz, Ralf
  
• Unravelling Composition–Activity–Stability Trends in High Entropy Alloy Electrocatalysts by Using a Data‐Guided Combinatorial Synthesis Strategy and Computational Modeling. Advanced Energy Materials, 12(8).
  Banko, Lars; Krysiak, Olga A.; Pedersen, Jack K.; Xiao, Bin; Savan, Alan; Löffler, Tobias; Baha, Sabrina; Rossmeisl, Jan; Schuhmann, Wolfgang & Ludwig, Alfred
  
• Active learning strategies for atomic cluster expansion models. Physical Review Materials, 7(4).
  Lysogorskiy, Yury; Bochkarev, Anton; Mrovec, Matous & Drautz, Ralf
  
• Isopropanol electro-oxidation on Pt-Ru-Ir: A journey from model thin-film libraries towards real electrocatalysts. Electrochimica Acta, 444, 142032.
  Minichová, Mária; Van, Pham Chuyen; Xiao, Bin; Savan, Alan; Hutzler, Andreas; Körner, Andreas; Khalakhan, Ivan; Rodríguez, Miquel Gamón; Mangoufis-Giasin, Iosif; Briega-Martos, Valentín; Kormányos, Attila; Katsounaros, Ioannis; Mayrhofer, Karl J.J.; Ludwig, Alfred; Thiele, Simon & Cherevko, Serhiy
  
• Local structure and magnetic properties of a nanocrystalline Mn-rich Cantor alloy thin film down to the atomic scale. Nano Research, 16(4), 5626-5639.
  Smekhova, Alevtina; Kuzmin, Alexei; Siemensmeyer, Konrad; Luo, Chen; Taylor, James; Thakur, Sangeeta; Radu, Florin; Weschke, Eugen; Buzanich, Ana Guilherme; Xiao, Bin; Savan, Alan; Yusenko, Kirill V. & Ludwig, Alfred
  
• Reorganization energy in a polybromide ionic liquid measured by scanning electrochemical cell microscopy. The Journal of Chemical Physics, 158(13).
  Kim, Moonjoo; Tetteh, Emmanuel Batsa; Savan, Alan; Xiao, Bin; Ludwig, Alfred; Schuhmann, Wolfgang & Chung, Taek Dong
  
• Stability of high-entropy alloys under electrocatalytic conditions. iScience, 26(10), 107775.
  Kormányos, Attila; Dong, Qi; Xiao, Bin; Li, Tangyuan; Savan, Alan; Jenewein, Ken; Priamushko, Tatiana; Körner, Andreas; Böhm, Thomas; Hutzler, Andreas; Hu, Liangbing; Ludwig, Alfred & Cherevko, Serhiy