Исследователи обнаружили наномерный оксид, обладающий памятью формы
Среди сплавов, обладающих памятью формы, появился новый, который притязает на титул чемпиона по эластичности и который намерен захватить рынок приложений, обладающих памятью формы, на наноуровне. Команда исследователей из Лаборатории Беркли (США) обнаружила способ придания ферриту висмута упругой деформации на 14% на наноуровне, что превосходит эффект памяти формы, характерный для других металлов. Открытие может использоваться в различных областях, включая медицину, производство энергии и электроники.
«Созданный нами феррит висмута не только отличается выдающимися показателями памяти формы, он намного более стабилен при переводе на наноуровень в сравнении с другими сплавами, обладающими памятью формы, - говорит Чжан Цзинь Син (Jinxing Zhang), изучающий данный вопрос после защиты докторской диссертации у Рамамурти Рамеш (Ramamoorthy Ramesh) в подразделении науки о материалах Лаборатории Беркли и являющийся членом факультета Пекинского Педагогического Факультета. - Поскольку наш феррит висмута активируются не тепловыми полями, которые необходимы для других подобных сплавов, а электрическим полем, скорость реакции намного быстрее».
Эффект памяти формы – это металлический эквивалент эластичности, в рамках которого твердый материал «вспоминает» и восстанавливает свою оригинальную форму после деформации в результате внешнего напряжения. В прошлом такое напряжение практически всегда предполагало нагревание. Обладающие памятью формы сплавы оказали значительное влияние на развитие медицины – наиболее выдающийся из сплавов, никель-титан, или «нитинол», используется для производства стентов для реконструкции сосудов, а также для создания механических соединений. Предполагается, что эффект памяти формы будет иметь важное значения в областях, не связанных с медициной, таких как производство актуаторов для активных материалов, а также в области микроэлектронных механических систем (МЕМ). Однако уменьшение до наноуровня размера современных сплавов, обладающих памятью формы, порождает нестабильность и множество проблем, включая изнашивание, микротрещины и окисление.
«Открыв эффект памяти формы в оксидной материале, отличном от металлических сплавов, мы решили проблемы с поверхностью материала и добились возможности интеграции с микроэлектроникой, - говорит Чжан. – Созданный нами феррит висмута обладает сверхвысокой рабочей функциональной плотностью в активном состоянии, почти на два порядка выше показателей металлического сплава».
Феррит висмута – это состоящий из висмута, железа и кислорода мультиферроик, который в последнее время был объектом активного изучения Рамеш и его исследовательской группы. Будучи мультиферроиком, феррит висмута обладает ферроэлектрическими и ферромагнитными свойствами, что означает, что он будет отвечать на воздействие внешних электрических и магнитных полей. В последнем исследовании в дополнении к известной термической активации было осуществлено эластичное фазовое превращение с помощью электрического поля.
«Применение электрического поля позволило нам достичь обратимого фазового перехода без воздействия внешнего напряжения, направленного на восстановление формы, - говорит Рамеш. – Несмотря на то, что при производстве устройств следует принимать во внимание такие аспекты как гистерезис, микротрещины и прочее, значительный эффект памяти формы, которым обладает созданный нами феррит висмута, доказывает, что данный материал обладает исключительными качества и в будущем может использоваться в наноэлектромеханических устройствах и в других современных наносистемах».
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
По материалам Phys. Org.
Иван Штепа nauka21vek.ru