Изобретен металл, который не расширяется от тепла

Большинство металлов расширяются при повышении температуры. Из-за этого, например, Эйфелева башня летом примерно на 10–15 сантиметров выше, чем зимой. Однако во многих случаях этот эффект может быть крайне нежелательным. В частности, на железной дороге, где без должных компенсационных мер рельсы может просто выбить из полотна от жары.

Давно создан и даже удостоен Нобелевской премии сплав железа и никеля инвар (от лат. invariabilis — неизменный) с очень низким тепловым расширением. Однако до сих пор не было полностью ясно, как это свойство можно объяснить физически.

С помощью сложного компьютерного моделирования ученым удалось детально понять эффект инвара. Результатами исследования они поделились на страницах National Science Review.

Благодаря полученным данным разработан сплав с улучшенными свойствами — пирохлоровый магнит. В чрезвычайно широком диапазоне температур более 400 Кельвинов его длина изменяется всего лишь примерно на 0,0001 процента на градус.

Тепловое расширение и его антагонист

Компьютерные симуляции помогли понять, почему инвар почти не расширяется, на атомном уровне.

Строго говоря, это уже было известно и раньше. Но именно детальное изучение механизма позволило делать прогнозы для разработки новых материалов.

Пирохлоровый магнит с плоскостями Кагоме

Вместе с коллегами из Института химии твердого тела Пекинского научно-технического университета Сергей Хмелевский разработал пирохлоровый магнит — сплав циркония, ниобия, железа и кобальта.

Его замечательное температурное поведение обусловлено неидеальностью кристаллической решетки. Состав материала неоднороден — в каждой точке чуть больше или чуть меньше кобальта. Эти области взаимно обнуляют тепловое расширение друг друга.

Новинка может представлять особый интерес для применений в условиях экстремальных перепадов температур или в высокоточных измерительных технологиях, таких как авиация, космонавтика или высокоточные электронные компоненты.

В России создан сплав металлов с уникальными характеристиками

Российские химики создали необычный материал с переключаемыми свойствами