Precisie- of invar-legeringen worden al eeuwenlang door wetenschappers ontwikkeld. Deze legeringen op ijzer- en nikkelbasis zijn in staat om hun grootte binnen een bepaald temperatuurbereik onveranderd te houden. Daarom, ze worden gebruikt bij de vervaardiging van precisiemeters, standaarden van lengte, details voor mechanische wijzerplaatplaten, en soortgelijke apparaten. Echter, invar legeringen missen veel andere nuttige fysieke kenmerken, en dit beperkt hun gebruik in andere gebieden, bijvoorbeeld, die welke een hoge thermische geleidbaarheid van materialen vereisen. Daarom, wetenschappers hebben lang gezocht naar een uniek composietmateriaal op basis van andere metalen dat de thermische uitzetting die typisch is voor invar-legeringen zou combineren met extra fysieke eigenschappen.

Een team van onderzoekers van BFU stelde hun aanpak van dit probleem voor. Om een ​​nieuw composietmateriaal te ontwikkelen, ze gebruikten een traditionele methode gebaseerd op de vermindering van warmte-uitzetting van functionele materialen. In de loop van deze techniek, keramische of andere deeltjes worden aan het oorspronkelijke metaal toegevoegd. Vergeleken met het metaal, de deeltjes hebben een aanzienlijk lagere warmte-uitzetting. Deze keer, de wetenschappers voegden een intermediaire valentieverbinding toe aan de mix. In tegenstelling tot integrale valentie-elementen, dergelijke verbindingen kunnen afwijkende eigenschappen hebben:bijvoorbeeld sommige kunnen krimpen bij verhitting. Bovendien, het niveau van een dergelijke krimp kan worden gereguleerd. Composieten op basis van een metaal en een intermediair valentiesysteem maken het mogelijk om hun thermische uitzetting te beheersen en tot bijna nul terug te brengen. Dit vergroot het bereik van hun toepassingen aanzienlijk.

In hun studie hebben het team gebruikte aluminium en samariumhexaboride. Hoewel deze stoffen algemeen bekend zijn, het was de eerste keer dat ze samen werden gecombineerd. Om de composiet te verkrijgen, de componenten in poedervorm werden heet geperst. Daarna, het team bestudeerde het resultaat met een optische microscoop en gebruikte röntgentomografie om de interne structuur van het monster te diagnosticeren zonder extra polijsten en afwerken. Met behulp van laag-voor-laag scannen, de wetenschappers ontwikkelden een 3D-model van de nieuwe stof en ontdekten dat samariumhexaboridedeeltjes gelijkmatig in aluminium waren verdeeld. Dit bevestigde dat het composiet geschikt was voor verder onderzoek. Om de warmte-uitzetting te meten, het team gebruikte capacitieve dilatometrie binnen het temperatuurbereik van 10-210 K. Het monster had geen warmte-uitzetting bij 45 K en vertoonde invar-gedrag tot 60 K.

"Ons werk is het eerste in zijn vakgebied, en we zijn nog niet klaar om schaalvergroting naar het industriële niveau te overwegen. Momenteel, we zijn gefocust op specifieke problemen die unieke oplossingen vereisen. De kwestie van het verminderen van de warmte-uitzetting van functionele materialen door middel van het toevoegen van kleine deeltjes van stoffen met een lage of nuluitzetting is relevant in de instrumentindustrie, radio-elektronica, luchtvaart, en ruimtevaartindustrie, evenals in laser- en cryogene technologieën gedurende vele jaren, " zei Dmitry Serebrennikov, een kandidaat in de fysische en wiskundige wetenschappen, en een onderzoeksmedewerker bij het Laboratorium voor sterk gecorreleerde elektronensystemen, Wetenschaps- en onderzoekscentrum "Functionele nanomaterialen" bij BFU.