Ученые НИТУ «МИСиС» впервые в мире создали MAX-фазу с магнитными свойствами — Naked Science
26.06.2018
НИТУ «МИСиС»

Ученые НИТУ «МИСиС» впервые в мире создали MAX-фазу с магнитными свойствами

Команде молодых ученых из НИТУ «МИСиС» впервые удалось синтезировать уникальную MAX-фазу с включением элементов, нетипичных для этого класса веществ, — ванадия и железа.

Опытный образец MAX-фазы на основе ванадия и железа, полученный на кафедре функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС»
Опытный образец MAX-фазы на основе ванадия и железа, полученный на кафедре функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Инновационный состав обеспечит MAX-фазе дополнительные магнитные свойства. Полученный гибридный материал найдет применение в суперсовременных спинтронике и микроэлектронике.

MAX-фаза — это новый, предсказанный и экспериментально исследованный (с 2013 года) искусственный класс тугоплавких материалов. Они обладают необычным сочетанием химических, физических, электрических и механических свойств, особой слоистой структурой и уникальным сочетанием наиболее востребованных свойств металла и керамики. Их можно описать общей формулой Mn+1AXn, где М — переходный металл, А — элемент IIIA или IVA подгруппы периодической системы, Х — углерод или азот.

Специфический набор свойств этих материалов обусловлен уникальным атомно-слоистым строением их кристаллической решетки. MAX-фазы обладают удивительными свойствами, комбинирующими достоинства металлов и керамики: демонстрируют так называемую эластичную жесткость, устойчивость к химическому воздействию, тепловую и электрическую проводимость, низкий удельный вес, высокий модуль упругости, низкий коэффициент теплового расширения, высокую тепло- и жаростойкость.

Эти материалы относительно мягкие, и большинство из них легко поддаются обработке, при этом они устойчивы к термическому удару и повреждениям. Кроме того, некоторые представители МАХ-фаз устойчивы к так называемому усталостному разрушению и окислению. При комнатной температуре их можно сжимать до 1 ГПа, при этом они способны полностью восстанавливаться при снятии нагрузки, рассеивая примерно 25 % механической энергии — по принципу сжатия карточной колоды. При более высоких температурах для этих материалов типичен переход от хрупкого к пластическому поведению.


Порошковая фракция MAX-фазы на основе ванадия и железа, полученная на кафедре функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Сфера исследований МАХ-фаз сейчас в стартовом состоянии, пока не существует полного понимания общих магнитных характеристик этих атомно-слоистых материалов. Однако известно, что магнитные свойства материалам сообщают поздние переходные металлы. Синтез МАХ-фаз с включением этих элементов — особенно сложная научно-экспериментальная задача, поскольку они не являются образующими для структуры данных материалов.

«Нашему коллективу удалось впервые в мире получить магнитную МАХ-фазу с железом, являющимся поздним d-элементом. Растворимость железа при этом составила 10%, до этого в литературе указывалась возможность растворения только 0,3-0,5%, что было в пределах погрешности эксперимента и не внушало доверия. Мы нашли параметры синтеза, которые позволяют получить достаточно стабильные магнитные МАХ-фазы», — рассказала руководитель проекта Анна Позняк, научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС».

«Получение МАХ-фаз с включением в их структуру железа стало возможным благодаря многократным попыткам синтеза материала при различных температурно-временных параметрах плазменно-искровым спеканием, с одновременным изучением фазового состава, структуры и определением предела растворимости, детальным анализом результатов эксперимента и выявлением кинетики процессов спекания в сложных карбидных системах», — пояснила она.

Потенциальные области применения магнитных МАХ-фаз варьируются в настоящее время от магнитного охлаждения до новейших спинэлектронных приборов и устройств.

Свойства этих уникальных материалов позволяют создавать принципиально новые направления использования, например, в технологиях, включающих высокоэффективные двигатели, устойчивые к повреждениям тепловые системы, повышающие усталостную стойкость и удержание жесткости при высоких температурах. Они могут использоваться для производства особо жестких и термостойких огнеупоров, высокотемпературных нагревательных элементов (спирали печей), покрытий для электрических контактов, устройств и механизмов ядерной промышленности, устойчивых к жесткой радиации.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета», лучший вуз России 2019 года по версии Forbes Россия. Сегодня в состав НИТУ «МИСиС» входят 9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом.
9 часов назад
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: