Международная команда учёных из Южной Кореи и Японии совершила прорыв в материаловедении, открыв новый тип кристаллического материала, способного «дышать» — многократно поглощать и высвобождать кислород при относительно низких температурах. Это открытие может стать ключом к созданию более эффективных технологий чистой энергии, включая топливные элементы, «умные» окна и тепловые переключатели.
Новый материал представляет собой сложный оксид металла на основе стронция, железа и кобальта. Его уникальность заключается в способности обратимо высвобождать кислород при нагревании и затем полностью восстанавливать его при охлаждении в кислородсодержащей среде — без разрушения кристаллической структуры. Этот цикл можно повторять многократно, что делает материал пригодным для длительного использования в реальных устройствах.
Работа была проведена под руководством профессора Хёнджин Джина из Пусанского национального университета (Южная Корея) совместно с профессором Хиромити Охта из Научно-исследовательского института электронных наук Университета Хоккайдо (Япония). Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Nature Communications 15 августа 2025 года.
«Представьте, что вы наделяете кристалл легкими, — говорит профессор Джин. — Теперь он может вдыхать и выдыхать кислород по команде, как живое существо».
Такой контроль над содержанием кислорода в твёрдых материалах крайне важен для ряда передовых технологий. Например, в твердотельных топливных элементах, которые генерируют электричество из водорода с минимальными выбросами, эффективность напрямую зависит от подвижности ионов кислорода. Аналогично, в тепловых транзисторах — устройствах, способных управлять потоком тепла, как электрические транзисторы управляют током — и в «умных» оконных покрытиях, регулирующих теплоотдачу в зависимости от температуры, — ключевую роль играет способность материала адаптироваться к внешним условиям.
Ранее подобные функции выполняли материалы, требовавшие экстремальных условий — высоких температур или агрессивных газовых сред — и часто терявшие стабильность после нескольких циклов. Новый оксид демонстрирует высокую устойчивость и обратимость даже при умеренных температурах, что делает его перспективным для практического применения.
Особый интерес представляет механизм «дыхания»: учёные установили, что при высвобождении кислорода восстанавливаются преимущественно ионы кобальта, что приводит к формированию совершенно новой, но термодинамически стабильной кристаллической фазы. При повторном насыщении кислородом структура полностью возвращается в исходное состояние — доказательство полной обратимости процесса.
«Это открытие поражает по двум причинам, — поясняет профессор Джин. — Во-первых, изменение степени окисления затрагивает только кобальт, а во-вторых, это приводит к образованию новой устойчивой структуры, которой ранее не существовало».
По словам профессора Охта, это важный шаг к созданию интеллектуальных материалов, способных адаптироваться к окружающей среде в режиме реального времени.
«Потенциал этого открытия огромен — от систем чистой энергии и энергоэффективной электроники до экологически умных строительных материалов, которые могут динамически реагировать на изменения климата».
Теперь исследователи работают над оптимизацией состава и масштабированием технологии, чтобы в будущем внедрить «дышащие» кристаллы в промышленные и бытовые приложения, способствуя переходу к устойчивой и адаптивной энергетике.
Ключевые преимущества нового материала:
- Обратимое поглощение и выделение кислорода
- Работа при умеренных температурах
- Высокая структурная стабильность
- Многократная цикличность без деградации
- Потенциал для применения в энергетике, электронике и строительстве
Источник: https://www.technologynetworks.com/tn/news/scientists-discover-a-new-crystal-that-breathes-oxygen-403590
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/