Материаловедение: разработан металл, который не расширяется при нагреве

Международная команда исследователей из Венского технического университета и Пекинского университета науки и технологий разработала уникальный сплав с рекордно минимальным коэффициентом теплового расширения. Новый материал, который получил название пирохлорный магнит, практически не изменяет свои размеры при значительных изменениях температурного режима.

Известно, что большинство металлов расширяются при нагреве — этот феномен хорошо иллюстрируется на примере Эйфелевой башни, которая летом становится на 10-15 сантиметров выше, чем зимой. Однако для множества технических применений такое поведение крайне нежелательно.

Инвар, сплав железа и никеля, ранее считался стандартом по низкому тепловому расширению. Теперь же учёные создали материал с ещё более внушительными показателями. Новый четырёхкомпонентный сплав, в состав которого входят цирконий, ниобий, железо и кобальт, демонстрирует практически нулевое расширение в уникально широком температурном диапазоне — более 400 кельвинов. Его длина изменяется лишь на одну десятитысячную долю процента на каждый кельвин.

Доктор Сергей Хмелевский из Венского научного кластера объясняет, что обычно при повышении температуры атомы внутри материала начинают двигаться интенсивнее, требуя больше пространства, что приводит к расширению. В новом же материале этот эффект нейтрализуется благодаря уникальным характеристикам его магнитной структуры.

С помощью сложных компьютерных моделирований учёные смогли подробно изучить атомное поведение магнитных материалов. Установлено, что при увеличении температуры некоторые электроны меняют своё состояние, что уменьшает магнетизм материала и приводит к его сжатию, почти полностью компенсируя стандартное тепловое расширение.

Особенность пирохлорного магнита заключается в его неоднородной структуре: состав материала изменяется от точки к точке, формируя области с различной концентрацией кобальта. Эти подсистемы по-разному реагируют на изменения температуры, позволяя достичь практически нулевого общего расширения.

Новый материал находит потенциал в авиации, космонавтике и производстве высокоточных электронных устройств, где стабильность размеров при значительных температурных перепадах имеет критическое значение.

Источник: iXBT