В Сколтехе нашли простой способ получить материалы для ядерной энергетики и литий-ионных батарей
Группа исследователей из Сколтеха, Томского политехнического университета и других научных организаций России и Китая использовали метод плазмодинамического синтеза для получения высокоэнтропийного карбида — соединения титана, циркония, ниобия, гафния, тантала с углеродом — и карбонитрида — твердого раствора, образованного карбидами и нитридами используемых переходных металлов — в форме нанопорошков и покрытий. Новая технология обеспечивает простой и универсальный способ получения высокоэнтропийных материалов, которые находят свое применение в защитных покрытиях, ядерной энергетике, литий-ионных аккумуляторах, катализаторах и микроэлектронике.
Результаты опубликованы в Journal of Alloys and Compounds. В состав высокоэнтропийных соеднинений входит от четырех и более различных основных элементов, в данном случае — металлы и углерод. В работе ученые с помощью новой технологии синтезировали карбид из титана, циркония, ниобия, гафния, тантала (TiZrNbHfTaС5), а также карбонитрид из этих составляющих. Авторы отмечают, что вещество является одним из наиболее подходящих материалов для изготовления ультравысокотемпературных керамических элементов благодаря своим высоким механическим свойствам и температурной стабильности. Однако синтез карбида очень трудоемок: он требует тщательной подготовки исходного сырья, а проводят его при сверхвысоких температурах — около 2200-2300°C — в течение длительного времени.
«Многокомпонентные и высокоэнтропийные материалы изучаются сравнительно недавно. Мы с коллегами смоделировали различные структуры карбонитридов с разной концентрацией азота и углерода и изучили термодинамическую стабильность при разных температурах. Мы выяснили, что большое количество азота может привести к сильным механическим напряжениям решетки, что негативно скажется на стабильности материала», — рассказал о работе руководитель исследования, профессор Александр Квашнин из Проектного центра по энергопереходу Сколтеха.
Для синтезирования карбида и карбонитрида группа ученых использовала метод плазмодинамического синтеза. Он заключается в использовании высокоскоростной струи плазмы дугового разряда в качестве среды для осуществления высокоэнергетических реакций плазмохимического синтеза. Дуговой разряд и последующий поток плазмы генерируются с помощью коаксиального магнитоплазменного ускорителя.
«В работе речь идет об использовании уникальной научной установки — коаксиального магнитоплазменного ускорителя. За время импульса менее одной миллисекунды происходит формирование высокоскоростной плазменной струи, в которой достигаются повышенные температура, давление и скорость кристаллизации, необходимые для получения уникальных наноматериалов.
Совместно с коллегами из Сколтеха, на основе методов компьютерного дизайна материалов, нам удалось экспериментально совместить Ti, Zr, Nb, Hf, Ta, C и N в единую структуру. Метод не требует применения особых процедур подготовки исходного сырья, отличается низкими энергозатратами и является универсальным, обеспечивая синтез самых разнообразных классов материалов: карбидов, нитридов, оксидов, углеродных наноструктур и композитов на их основе», — прокомментировал результаты исследования первый автор работы, доцент ТПУ Дмитрий Никитин.
Применение плазмодинамического метода для синтеза высокоэнтропийных карбидов и карбонитридов приводит к получению высококачественных монофазных порошков. Этот метод не только позволяет эффективно получать чистый высокоэнтропийный карбид TiZrNbHfTaС5 в дисперсной монокристаллической форме, но и обеспечивает введение азота в кристаллическую решетку, тем самым синтезируя структуры, близкие к карбонитриду. Используя безуглеродистую смесь прекурсоров в атмосфере азота, можно получать материалы, содержащие до восьми весовых процентов азота.
Telegram 
Дзен 
VK Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно