Керамика известна своей устойчивостью к царапинам, но вместе с тем это достаточно хрупкий материал. Команда инженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего нашла способ, позволяющий керамике выдерживать более высокие уровни силы и напряжения. Речь идёт о классе керамики, известном как высокоэнтропийные карбиды.
Учёные исследовали высокоэнтропийные карбиды, содержащие различные комбинации пяти металлических элементов. Каждая комбинация давала разную концентрацию валентных электронов внутри материала. Исследователи идентифицировали два карбида с высокой энтропией, продемонстрировавших исключительную устойчивость к растрескиванию под нагрузкой или напряжением благодаря высокой концентрации валентных электронов. Один состоял из металлов ванадия, ниобия, тантала, молибдена и вольфрама, а другой вариант заменил в смеси ниобий хромом.
Под механической нагрузкой эти материалы были способны деформироваться или растягиваться соответственно, напоминая поведение металлов, а не типичную хрупкую реакцию керамики, а когда эти материалы были проколоты, связи начали разрываться, образуя отверстия размером с атом. Но дополнительные валентные электроны вокруг атомов металла реорганизовывались, закрывая эти отверстия и образуя новые связи между «соседями». Этот механизм сохранял структуру материала вокруг отверстий, эффективно предотвращая их увеличение и образование трещин.
Модифицированная керамика может использоваться в экстремальных условиях, например, в передних кромках гиперзвуковых транспортных средств, защищая самые важные компоненты.