Ученые создали новый прочный металлический сплав, который бросает вызов законам тепла

Фото: interestingengineering.com

Большинство металлов расширяются под влиянием высокой температуры и этот эффект является большой проблемой при создании разных технологий. Поэтому ученые давно искали материал, который бы имел постоянный размер независимо от изменения температуры. Одним из таких материалов является инвар, то есть сплав железа и никеля, который имеет низкое тепловое расширение. Но не совсем было ясно, почему этот сплав имеет такое уникальное свойство. Теперь же ученые не только раскрыли секрет инвара, но и создали новый сверхпрочный металлический сплав под названием пирохлоровый магнит. Его тепловое расширение почти равно нулю. Исследование опубликовано в журнале National Science Review, пишет Interesting Engineering.

Авторы исследования объясняют, что при повышении температуры атомы в материале начинают больше двигаться, а значит среднее расстояние между ними растет. Этот эффект является основой теплового расширения и его нельзя предотвратить. Но можно создать материалы, в которых тепловое расширение будет почти равно нулю, ведь оно будет компенсироваться другими эффектами.

Ученые изучили необычное свойство инвара иметь низкое тепловое расширение. Выяснилось, что магнитные свойства этого сплава являются ключом к его стабильности.

По словам ученых, определенные электроны меняют свое состояние при повышении температуры. При этом магнитный порядок в сплаве уменьшается, что заставляет его сжиматься. То есть этот эффект компенсирует тепловое расширение инвара.

Имея эти знания ученые смогли создать еще более устойчивый к тепловому расширению металлический сплав, который практические не меняет своего размера при повышении температуры.

Новый сплав, получивший название пирохлоровый магнит, имеет еще более низкое тепловое расширение, чем инвар. Как показало исследование, этот сплав имеет невероятно стабильный размер под влиянием широкого диапазона температур выше 126 градусов Цельсия. По словам ученых, сплав под влиянием высоких температур меняется настолько незначительно, что это даже сложно заметить.

Если инвар состоит из железа и никеля, то пирохлоровый магнит состоит из циркония, ниобия, железа и кобальта. Такой более сложный состав сплава дает ему беспрецедентную способность противостоять тепловому расширению.

По словам ученых, чрезвычайно низкое тепловое расширение пирохлорового магнита обусловлено его неоднородной структурой. Состав сплава варьируется по всему объему с разной концентрацией металлов. Это влияет на то, как разные части сплава реагируют на изменения температуры. За счет этого достигается почти нулевое общее тепловое расширение, говорят ученые.

Новый металлический сплав можно применить для создания материалов, которые должны выдерживать сильные перепады температуры и при этом быть прочными. По словам ученых, этот сплав можно использовать в аэрокосмической отрасли и при создании передовой электроники.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform