Nyt aluminium og samarium hexaborid-baseret kompositmateriale med næsten nul ekspansion

Præcisions- eller invarlegeringer er blevet udviklet af forskere i mange århundreder. Disse jern- og nikkelbaserede legeringer er i stand til at holde deres størrelse uændret inden for et givet temperaturinterval. På grund af dette, de bruges til fremstilling af præcisionsmålere, standarder for længde, detaljer til mekaniske urskiver, og lignende enheder. Imidlertid, invar -legeringer mangler mange andre nyttige fysiske egenskaber, og dette begrænser deres anvendelse på andre områder, for eksempel, dem, der kræver høj varmeledningsevne af materialer. Derfor, forskere har længe søgt at skabe et unikt kompositmateriale baseret på andre metaller, der ville kombinere termisk ekspansion typisk for invarlegeringer med yderligere fysiske egenskaber.

Et team af forskere fra BFU foreslog deres tilgang til dette spørgsmål. For at udvikle et nyt kompositmateriale, de brugte en traditionel metode baseret på reduktion af varmeudvidelse af funktionelle materialer. I løbet af denne teknik, keramiske eller andre partikler sættes til det oprindelige metal. Sammenlignet med metallet, partiklerne har betydeligt lavere varmeudvidelse. Denne gang, forskerne tilføjede en mellemliggende valensforbindelse til blandingen. I modsætning til integrerede valenselementer, sådanne forbindelser kan have anomale egenskaber:f.eks. nogle af dem kan krympe ved opvarmning. I øvrigt, niveauet for sådan svind kan reguleres. Kompositter baseret på et metal og et mellemliggende valenssystem giver en mulighed for at styre deres termiske ekspansion og bringe den ned til næsten nul. Dette udvider rækkevidden af ​​deres applikationer betydeligt.

I deres undersøgelse, holdet brugte aluminium og samariumhexaborid. Selvom disse stoffer er almindeligt kendt, det var første gang, de blev kombineret sammen. For at opnå den sammensatte, komponenterne i pulverform blev varmpresset. Efter det, teamet undersøgte resultatet med et optisk mikroskop og brugte røntgen tomografi til at diagnosticere prøvens indre struktur uden yderligere polering og efterbehandling. Brug af lag for lag scanning, forskerne udviklede en 3D-model af det nye stof og fandt ud af, at samariumhexaboridpartikler var jævnt fordelt i aluminium. Dette bekræftede, at kompositten var egnet til yderligere undersøgelser. For at måle dens varmeudvidelse, holdet brugte kapacitiv dilatometri inden for temperaturområdet 10-210 K. Prøven havde nul varmeudvidelse ved 45 K og viste invar-opførsel op til 60 K.

"Vores arbejde er det første inden for sit område, og vi er ikke klar til at overveje at skalere til det industrielle niveau endnu. I øjeblikket, vi er fokuseret på specifikke problemer, der kræver unikke løsninger. Spørgsmålet om at reducere varmeudvidelsen af ​​funktionelle materialer ved hjælp af tilsætning af små partikler af stoffer med lav eller nul ekspansion har været relevant i instrumentfremstillingsindustrien, radioelektronik, luftfart, og rumindustrien, såvel som i laser- og kryogenteknologier i mange år, "sagde Dmitry Serebrennikov, en kandidat i fysiske og matematiske videnskaber, og en forskningsassistent på laboratoriet for stærkt korrelerede elektronsystemer, Science and Research Center "Functional Nanomaterials" på BFU.