Российские ученые синтезировали кристаллические материалы на основе боратов железа и хрома. Эти соединения обладают редким свойством: при нагреве они не расширяются, как подавляющее большинство веществ, а сжимаются, рассказали в пресс-службе Российского научного фонда.
Проблема теплового расширения критична для высокоточных приборов. Линзы, зеркала, чипы и датчики при нагреве меняют размеры, что приводит к микротрещинам и выходу аппаратуры из строя. Материалы с отрицательным коэффициентом теплового расширения решают эту проблему, но их очень мало, и многие не выдерживают высоких температур.
Исследователи синтезировали три образца, меняя соотношение железа и хрома: чистый борат железа, борат железа с 14% хрома и чистый борат хрома. Оказалось, что смешанный состав обладает отрицательным объемным коэффициентом расширения до +30°C, а выше этой температуры практически не меняет размеров. Причина — магнитострикция: изменение магнитной структуры при нагреве заставляет кристаллическую решетку сжиматься.
Полученные результаты показывают, что частичное замещение железа на хром в таких соединениях позволяет гибко настраивать физические свойства материала. Это открывает путь к созданию эффективных соединений с точно заданным коэффициентом расширения для высокоточных оптических, спинтронных и электронных устройств
Чем больше хрома в составе, тем ниже температура, при которой материал теряет магнитный порядок (у чистого бората железа — 77 °C, у смешанного — 30 °C, у бората хрома — –262 °C). Это позволяет настраивать материал для работы от сверхнизких температур (космос, датчики) до умеренных. Кроме того, борат хрома оказался термостойким до 900 °C (чистый борат железа разлагается при 630 °C).
В работе приняли участие сотрудники Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова (Санкт-Петербург), Казанского федерального университета, Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН, Санкт-Петербургского государственного и Сибирского федерального университетов. Исследование поддержано грантом РНФ, результаты опубликованы в Journal of Materials Chemistry C.
Ранее Наука Mail писала о том, что в России придумали способ превратить резину в прочный материал для дорог и гидроизоляции.
