Ученые представили новые высокоэнтропийные оксиды, что стало основой для будущих технологий в сфере электроники и защитных материалов.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания создали семь новых высокоэнтропийных оксидов. Эти соединения представляют собой уникальный тип керамических материалов, состоящих из пяти и более металлов. Они имеют большой потенциал для применения в устройствах накопления энергии, электронных компонентах и защитных покрытиях будущего, сообщается на Phys.org.
«Мы специально регулировали уровень кислорода в атмосфере специализированной печи во время синтеза, что позволило нам успешно стабилизировать металлы — железо и марганец — внутри керамической структуры, тогда как в обычных условиях атмосферы это было бы невозможно», — поясняет Саид Альмишал, профессор из Университета штата Пенсильвания.
Первым значительным достижением стала стабилизация композиции, названной J52. Она включает марганец, железо, магний, кобальт и никель. Эффект стабилизации был достигнут благодаря строгому контролю уровня кислорода в процессе синтеза. Затем, применив новаторские методики машинного обучения, позволяющие быстро оценивать тысячи вариаций состава, Альмишал смог обнаружить еще шесть успешных сочетаний металлов, соответствующих критериям высокоэнтропийных оксидов. Работа проводилась в сотрудничестве с группой студентов, которые занимались экспериментальными исследованиями в лабораториях. Им удалось синтезировать крупные керамические зерна всех семи новых композиций, демонстрирующих стабильность и функциональность.
Структурная стабилизация материалов предполагает удержание атомов марганца и железа в низшей степени окисления. В таком состоянии они формируют упорядоченную структуру типа «каменная соль», где каждый атом металла взаимодействует только с двумя атомами кислорода. Как пояснил Альмишал, попытка синтеза этих материалов в обычной воздушной среде привела бы к нестабилизации, так как свободные атомы кислорода непременно проникли бы внутрь структуры, увеличив степень окисления марганца и железа. Именно удаление избыточного кислорода из атмосферы печи позволяет избежать нежелательных взаимодействий, обеспечивая формирование правильной структуры с низкой степенью окисления.
Ключевым условием синтеза является минимизация воздействия кислорода на процесс формирования керамических соединений. Для подтверждения полученных результатов ученые использовали современный метод рентгеновской спектроскопии для анализа атомной структуры материалов. Оценка подтвердила стабильность марганца и железа в заданных степенях окисления, что свидетельствует о высокой устойчивости полученных композитов.
Следующим этапом научной программы станет исследование магнитных свойств каждого из семи новосинтезированных материалов. Кроме того, авторы намерены расширить применение разработанной модели термодинамического контроля кислорода, охватив ей другие классы материалов, которые в настоящее время трудно синтезировать и которые являются нестабильными.
Тем временем в России был создан легкий бронезащитный материал.
Фото: hi-tech.mail.ru