Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) провели исследование «материала будущего» со структурой перовскита. Они получили новый материал, обладающий высокой конфигурационной энтропией смешения, и оценили влияние изменения его химического состава на физические свойства. Как считают исследователи, материал подойдет для создания электронных устройств. На его основе будет возможна разработка самокалибрующихся температурных датчиков. Результаты исследования опубликованы в журнале «Ceramics International» (Q1).
Высокоэнтропийные материалы со структурой перовскита создаются в вузе на базе Лаборатории роста кристаллов, которой руководит кандидат физико-математических наук Владимир Живулин. «Материалы будущего» состоят из пяти и более компонентов одинаковой концентрации. Ученые ЮУрГУ замещают один из катионов подрешетки в структуре перовскита на пять и более компонентов, благодаря чему конечный материал приобретает уникальные физические свойства.
В одном из последних исследований ученые ЮУрГУ обратились к перовскиту LnCr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2O3 и определили, как лантан, самарий, европий и гадолиний (редкоземельные ионы) влияют на его структуру и электрические свойства. Созданный учеными материал ― новый и ранее не изученный.
«Инновационность данного исследования заключается в том, что мы различными способами получаем совершенно новые материалы, которые до нас никто никогда не получал и тем более не исследовал. Параллельно с этим мы обретаем колоссальный опыт по получению сложных систем. Имея опыт и понимание того, как каждый элемент сложной многокомпонентной системы влияет на свойства соединения в целом, мы сможем создавать материалы с заранее заданными и необходимыми свойствами», ― рассказал Владимир Живулин.
Перовскит был получен методом твердофазного синтеза, одного из трех методов, применяемых в Лаборатории роста кристаллов. Ученые изучили элементный состав и кристаллическую структуру полученного материала, а затем обратились к его физическим свойствам. Измерив электропроводность материала, они выявили, что это свойство сильно зависит от элементного состава, и его электропроводностью можно управлять, изменяя количество и состав замещающих элементов. В дальнейших исследованиях ученые планируют установить истинный механизм переноса заряда и его связь с энтропийным состоянием.
Путем изменения химического состава вещества можно настроить и другие свойства материалов. Такие исследования также ведутся в Лаборатории роста кристаллов. Кроме того, все материалы, которые создаются в лаборатории ЮУрГУ, отличаются высокой температурной стабильностью и точкой магнитного фазового перехода ниже нуля градусов Цельсия. Это редкое и востребованное сочетание.