南乌拉尔国立大学多组分功能材料多尺度建模研究实验室（以下简称MMMFM研究实验室——编者注）的专家们开发并获得了一项名为MDK-X（“化学晶体机械变形数据库”）的专用数据库的专利。
该数据库的独特之处在于，它不仅能够存储有机和有机金属晶体的结构性质预测，还能存储其电子性质预测，从而为材料科学开辟了新的可能性。该数据库旨在解决一个重要的实际问题：在虚拟环境中进行材料物理和化学性质的资源密集型测试。
该系统利用量子化学计算来模拟晶体的机械变形（静水压力、拉伸等），并预测其弹性或韧性的变化，以及这种变化与化学键电子特性之间的关系等等。这对于预测昂贵且复杂的实验结果尤为重要，例如使用金刚石砧的实验或涉及深海潜水的实验（评估材料在各种环境下的耐受性）。
“MDK-X 是一个虚拟计算机实验系统。它允许您先在程序中验证假设，然后再进行有针对性的实验室实验，从而节省时间和金钱，”多组分功能材料多尺度建模实验室的研究员伊琳娜·尤希娜博士解释道。“该项目的关键目标不仅是预测新材料的性能，还要识别现有化合物中意想不到的新特性。例如，可以评估已知晶体作为非线性光学材料或传感器的潜力。”
有些材料很脆，有些材料很有弹性，有些材料具有很高的机械应力耐受极限，而另一些材料则相反，其机械性能会根据所施加的条件而发生变化。这些条件包括压力、温度和激光照射。这种机械性能的变化可能会导致有机晶体产生新的特性。例如，晶体可能会在受到刺激后开始表现出感知特性。所有这些都可以在未来使用 MDK-X 数据进行测试。
“我们 MDK-X 数据库的独特之处在于，它目前存储了晶体结构的数据。未来，它还将包含聚合物的数据，不仅存储了模型计算出的性质，还存储了化学键的电子特性，”项目负责人、MMMFM 研究实验室首席研究员、教授兼化学博士叶卡捷琳娜·巴尔塔舍维奇解释道。“我们将首先在晶体结构上测试与材料电强度相关的预测结果，然后将其推广到非晶态体系，即聚合物体系。这就是为什么晶体电子特性的数据对我们如此重要。这些是与体系结构特性相关的量子化学计算。晶体只是我们研究的第一步。我们的目标是描述并从根本上理解材料在各种形变后自愈的本质。”
电子密度等值线模型模拟了多碘化物晶体中的微小空腔，并预测了 DBTQ-I3 晶体在 0 GPa 下的最小（蓝色箭头）和最大（红色箭头）线性压缩率方向。
计算得到的 DBTQ-I3 晶体在 0 GPa（左）和 2 GPa（右）下的杨氏模量空间分布图，并叠加在晶体结构片段上。
DUT-8 金属有机框架晶体的杨氏模量及其晶体结构片段的空间依赖性
项目团队中的每位成员都发挥着重要作用。伊里奈·尤科纳是 MMMFM 研究实验室 MDK-X 数据库项目的主要灵感来源，而齐利亚·胡斯努特迪诺娃和亚历山大·别利亚科夫（高等经济学院）则负责将科学家们的想法转化为信息技术解决方案。用户界面与数据库内容同步开发。值得注意的是，MDK-X 数据库界面是专门为“化学家和材料科学家”设计的。尤里·马特维丘克博士率先提出了晶体力学性能算法化及其力学性能预测的概念。他建议 MMMFM 的研究人员应巧妙地结合计算得到的静态和动态特性，并评估这些应变状态下特性的变化。目前，该数据库包含最新的计算数据，并且是正在开发的多功能平台的一个组成部分。未来，MMMFM研究实验室团队计划整合人工智能和严谨的算法分析工具，并拓展研究材料种类，包括聚合物。