Onderzoekers van UNSW hebben een buitengewoon materiaal gevonden dat niet uitzet of krimpt over een extreem breed temperatuurbereik en mogelijk een van de meest stabiele materialen is die bekend zijn.

Met behulp van instrumenten bij ANSTO's Australian Synchrotron en Australian Centre for Neutron Scattering, evenals andere technieken, het team onder leiding van UNSW A/Prof Neeraj Sharma, een ARC Future Fellow, aangetoond dat het materiaal zonder thermische uitzetting, gemaakt van scandium, aluminium, wolfraam en zuurstof veranderden niet in volume van 4 tot 1400 Kelvin (-269 tot 1126 ° Celsius).

Hun onderzoek, gepubliceerd in de Chemie van materialen , bevestigde de structurele stabiliteit van Sc _1.5 EEN _l0.5 W ₃ O ₁₂ met slechts minieme veranderingen in de obligaties, positie van zuurstofatomen en rotaties van de atoomrangschikkingen.

Materialen zonder uitzetting worden gebruikt in zeer nauwkeurige mechanische instrumenten, controlemechanismen, ruimtevaartcomponenten en medische implantaten, voor omgevingen waarin stabiliteit bij wisselende temperaturen van cruciaal belang is.

Door de relatief eenvoudige synthese van de materialen en de goede beschikbaarheid van aluminiumoxide en wolfraamoxide, grootschalige fabricage behoort tot de mogelijkheden.

"We voerden experimenten uit met deze materialen in samenwerking met ons op batterijen gebaseerde onderzoek, voor niet-gerelateerde doeleinden, en toevallig deze unieke eigenschap van deze specifieke compositie tegenkwam, ' zei Sharma.

Uitgebreide neutronenverstrooiingsmetingen werden uitgevoerd in het Australian Centre for Neutron Scattering.

"Echidna is fantastisch in het bepalen van structuur, vooral op de details van de lichtere elementen, " zei Senior Instrument Scientist Dr. Helen Maynard-Casely, die assisteerde bij de metingen op de hoge resolutie poederdiffractometer Echidna.

"Nieuwsgierig, de experimenten suggereren dat deze minieme atomaire verplaatsingen en aanpassingen coöperatief lijken te worden uitgevoerd, " voegde ze eraan toe.

"Bewegingen en rotaties van atomen en stralen zijn heel gewoon, maar dit gecorreleerde gedrag was nogal onverwacht, ’ zei Maynard-Casely.

De kristallografische gegevens van de diffractie-experimenten weerspiegelen de combinatie van subtiele maar waarneembare vervormingen van de polyedrische eenheden, bindingslengtes, hoeken en zuurstofatomen waardoor het materiaal temperatuurveranderingen kan absorberen.

"Zijn het de bindingslengtes die uitzetten? Is het de verplaatsing van de zuurstofatomen? Of, draait het hele veelvlak? We hebben drie factoren die met elkaar samenhangen.

"Op dit punt, het is niet duidelijk of een of al deze bijdragende factoren verantwoordelijk zijn voor de stabiliteit over een reeks temperaturen en we onderzoeken verder om te proberen het mechanisme te isoleren, ' zei Sharma.

De onderzoekers merkten op, echter, dat omdat deze specifieke materiaalsamenstelling deze eigenschap demonstreerde, andere factoren dan atoomstralen kunnen een rol spelen, zoals meer complex kristallografisch of dynamisch gedrag.

Onderzoeken van andere vormen van het materiaal van belang werden uitgevoerd op de poederdiffractiebundellijn bij de Australische Synchrotron met de hulp van Senior Instrument Scientist, Dr. Helen Brand. Iets andere verhoudingen van de elementen vertoonden geen thermische uitzetting van nul.

De groep voert momenteel inelastische neutronenverstrooiingsmetingen uit in het Center for Accelerator Science op deze samenstelling.