Открытие, способное улучшить всё:
от медицинских устройств
до электроники.
Любой, кто хоть раз ронял кофейную чашку и видел, как она разбивается, знает, что керамика довольно хрупка – при малейшей деформации она разрушается. И это касается не только посуды, но и других изделий из этого материала. Он широко используется в электронике, поскольку – в зависимости от своего состава – способен демонстрировать разнообразную проводимость и служить, таким образом, либо полу-, либо сверхпроводником; либо сегнетоэлектриком (материалом с так называемой спонтанной поляризацией), либо тем же изолятором. Керамика также химически инертна – то есть не вызывает коррозии. А ещё она огнеупорна. Настолько, что из неё делают жаропрочные плитки облицовки космических челноков, позволяющих им не сгореть в атмосфере при возвращении на землю.
Да, керамика – это невероятно удачный материал, но если расположить его на оном конце спектра, то на другом наверняка окажутся не менее достойные изобретения. Ну, к примеру, сплавы с памятью формы. Это своего рода чемпионы среди подобных им материалов. Изделия из них составляют основу медицинского оборудования, которое должно работать в динамически нестабильных условиях (например, стенты в сосудах).
И вот теперь международная группа исследователей решила объединить достоинства двух описанных крайностей. И это один из тех случаев, когда открытие в рамках решения частной задачи может повлечь трансформации во всех сферах – от медицинских устройств до бытовой и промышленной электроники.
Однако путь к производству керамики с обратимой памятью формы был далеко не так прост, как хотелось бы. Поначалу исследователей преследовали разочарования – вместо ожидаемых улучшений деформируемости керамики, было обнаружено, что по прошествии фазового превращения некоторые образцы взорвались. Остальные же постепенно рассыпались, став кучкой порошка. Это второе явление учёные назвали «плачем».
Как говорится, и грустно, и смешно. Но – если долго мучиться, что-нибудь получится! И однажды исследователи добились искомого результата: им удалось стать свидетелями обратимого преобразования в керамическом составе, легко переходящего между фазами подобно материалу с памятью формы. Математические условия, при которых происходит такое обратимое превращение, могут применяться достаточно широко для открытия путей изготовления и применения парадоксальной керамики с памятью формы.
«Мы были весьма удивлены нашими результатами. Керамика с памятью формы будет совершенно новым видом функционального материала, – признаётся Ричард Джеймс, соавтор исследования и заслуженный профессор Университета Макнайта факультета механики аэрокосмической инженерии Университета Миннесоты. – Существует большая потребность в приводах с памятью формы, которые могут работать при высоких температурах или в агрессивных средах. Но больше всего нас волнует перспектива новой сегнетоэлектрической керамики. В этих материалах фазовое превращение можно использовать для выработки электричества за счёт незначительных перепадов температур».
«Теория, разработанная на этой основе, не только описывает поведение, но и показывает способ получения желаемой совместимой керамики с памятью формы», – говорит профессор Института материаловедения Кильского университета Экхард Квандт, соавтор исследования, чья команда отвечала за экспериментальную часть, химические и структурные исследования в наномасштабе.
По материалам АРМК.