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挑战材料的性能极限亦或者寻找拥有极限性能的材料不仅具有重要的科学价值,同时也具有强烈的技术应用背景需求。近几十年来,高超声速飞行器的发展对超高温热防护材料提出了越来越苛刻的要求,使得人们对超高温材料的兴趣急速升温。然而,由于超高温条件下精确的实验测量极其困难,迄今为止,何种材料具有最高的熔点依然是个未解之谜。目前,有关最高熔点材料的一个广泛宣传观点是:HfTa4C5是所有已知材料中熔点最高的~4215°C。这一表述被诸多教科书引用,也被记录于《大英百科全书》中。然而,这一观点实际来自于一个谬误。在Agte和Alterthum的原始论文中,HfTa4C5的熔点被报道为4215绝对温度,即4215K,而不是4215°C。在后来的实验研究中,有关HfTa4C5是否具有最高熔点一直存在争论,Andrievskii等人认为HfTa4C5可能具有最高熔点;而Rudy领导的团队则认为碳化铪和碳化钽的固溶体的熔点随成分单调变化,并不存在某个中间成分具有最高熔点。尽管自1930年Agte和Alterthum发表第一份研究报告以来,有关最高熔点材料的话题已经讨论了近100年,也不断有新的实验技术被用于相关的测试,但是寄希望于完全通过实验解决这一挑战依然存在诸多困难。近日,来自北京科学智能研究院、哈尔滨工业大学、航天材料及工艺研究所和北京深势科技有限公司的研究团队结合深度势能分子动力学模拟和贝叶斯全局优化对最高熔点材料开展了深入的理论研究,揭示了Hf-Ta-C-N体系材料熔点随成分的变化关系,并预测了最高熔点材料的潜在成分。为了克服传统分子动力学预测精度不足的问题,论文基于第一性原理计算数据,采用深度势能方法训练了Hf-Ta-C-N体系的势函数模型。训练得到的深度势能模型能够获得接近第一性原理的计算精度,其预测的能量和原子受力相对第一性原理的误差分别为8.1meV/atom和290meV/Å。此外,论文还通过平衡晶格常数、弹性模量、状态方程等性质对深度势能模型的准确性进行了进一步验证。图1.