Химики открыли эффект, который позволяет управлять характеристиками синтеза материалов

Научный коллектив химиков УрФУ открыл новое явление — генерирование зарядов высокой плотности при синтезе полифункциональных сложнооксидных материалов. Этот эффект позволяет управлять целевыми характеристиками объектов синтеза и создавать, к примеру, высококачественную керамику разного назначения, а сам метод достаточно прост в реализации, не требует длительных операций смешивания компонентов и их высокотемпературного конечного отжига, сообщил заведующий отделом химического материаловедения УрФУ Александр Остроушко во время выступления на ХXXV Зимней школе по химии твердого тела.

«Исходные композиции состоят из растворимых солей (нитратов) металлов, входящих в сложнооксидный материал — например, на основе известных химикам, физикам, инженерам, технологам манганита лантана, диоксида церия, гексаферрита стронция — а также включают органический компонент. Это могут быть полимеры, такие как безвредный поливиниловый спирт, а также обычная лимонная кислота и другие более сложные составные части», — пояснил Александр Остроушко.

Когда из композиции испаряется вода, добавил ученый, она способна интенсивно гореть с образованием почти готового оксидного продукта. В окружающую среду выделяются практически безвредные молекулярный азот, углекислый газ и дополнительное количество паров воды.

«Выявленная особенность процессов состоит в том, что, как показывают результаты экспериментов, если хотя бы одна из нескольких сотен удаляющихся молекул уносит с собой или отдает твердым компонентам электрон, возникают заряды и очень значительная разность потенциалов относительно земли, достигающая в некоторых случаях сотен вольт. Возможность генерирования зарядов связана с каталитическими свойствами получаемых материалов, в частности, способностью ионов металлов легко и обратимо менять свою степень окисления. Генерирование зарядов, как оказалось, легко поддается регулированию за счет воздействия электромагнитных полей, хотя бы уже таких, которые создает всего-навсего электрическая плитка», — описал процесс Александр Остроушко.

Явление влияет на то, как контактируют между собой получаемые наночастицы. При высоких зарядах, например, эти частицы отталкиваются друг от друга и запасают на своей поверхности много избыточной энергии. Дальнейший процесс формирования керамики из таких порошков можно проводить при температуре на 200-300 градусов ниже и с меньшими затратами времени, что дает экономический эффект.

«Кроме того, появляется возможность подгонки температуры спекания компонентов и проведения в одном цикле формирования многослойной керамики. Умеренное генерирование зарядов при синтезе магнитных материалов за счет одновременного электрического отталкивания и действия магнитных сил притяжения обеспечивает возникновение цепочек из наночастиц, что приводит к значительному повышению магнитных характеристик», — заключает Александр Остроушко.

Как пояснил ученый, новый полезный эффект можно использовать для получения широкого круга материалов в области катализа, биомедицины, экологии, СВЧ и сверхпроводящей техники, сенсорики, пьезоэлектрики, магнетокалорики, магниторезистивных сред, компонентов твердооксидных топливных элементов (альтернативная энергетика) и в других отраслях.