El término aleación generalmente se refiere a una mezcla de varios metales. Sin embargo, también se pueden alear otros materiales. En la industria de semiconductores, por ejemplo, las aleaciones de óxido y nitruro se han utilizado con éxito durante mucho tiempo para ajustar las propiedades funcionales del material. Por lo general, estos cambiosocurren gradualmente y las propiedades de los materiales base siguen siendo fáciles de reconocer.
Sin embargo, si se mezclan compuestos cuyas estructuras cristalinas no coinciden en absoluto, se forman "aleaciones heteroestructurales". En estas aleaciones, la estructura cambia según la relación de mezcla de los componentes. A veces, esto produce propiedades sorprendentes, que difieren notablementede los materiales de base. Son estas aleaciones de óxido las que le interesan al investigador de Empaque Sebastian Siol. No solo quiere descubrirlas, sino hacerlas utilizables para la vida cotidiana. En su búsqueda para encontrar el material deseado, tiene quevigile varias propiedades de los materiales a la vez, como la estructura, las propiedades electrónicas y la estabilidad a largo plazo.
Siol se unió a Empa el año pasado. Anteriormente, realizó una investigación en el Laboratorio Nacional de Investigación de Energía Renovable NREL en Golden, Colorado, donde dejó una publicación notable: aleaciones con "presión negativa". Junto con sus colegas, mezclóEl seleniuro de manganeso y el telururo de manganeso utilizando una técnica de vapor frío pulverización de magnetrón. En ciertas proporciones, los materiales base se fusionaron para formar una red cristalina que era "incómoda" para ambos componentes. Ninguno de los socios pudo forzar su estructura cristalina favorita, queprefiere en estado puro, sobre el otro.
El compromiso resultante fue una nueva fase, que normalmente solo se formaría a "presión negativa", es decir, cuando el material está permanentemente expuesto a la tensión. Estos materiales son extremadamente difíciles de producir en condiciones normales. Siol y sus colegas de NREL tienenlogró superar esta dificultad. El nuevo material, ahora accesible gracias a este método, muestra muchas propiedades útiles. Por ejemplo, es piezoeléctrico. En otras palabras, puede usarse para generar electricidad, producir detectores o realizar experimentos con semiconductores,lo que no hubiera sido posible con los materiales base puros.
Investigando sistemas estables
En Empa, Siol aportará su experiencia en la fabricación de aleaciones de óxido "imposibles" a la mesa. Su objetivo es descubrir mezclas de óxidos con una estructura variable y así estabilizarlas hasta el punto de que sean aptas para el uso diario.Joining Technologies & Corrosion, liderado por Lars Jeurgens, tiene mucha experiencia en aplicaciones prácticas para capas de óxido y aleaciones estables.La colega de Siol, Claudia Cancellieri, ha estado investigando las propiedades electrónicas de las interfaces de óxido durante varios años y aporta su experiencia al proyecto.
"La combinación de materiales es muy emocionante", explica Siol. Los óxidos de titanio son extremadamente estables y se usan en células solares, pinturas de paredes y pasta de dientes. Los óxidos de tungsteno, por otro lado, son relativamente inestables y se usan para ventanas inteligentes, sensores de gaso como convertidores catalíticos en petroquímica. "En el pasado, la investigación a menudo se centraba únicamente en la optimización de las propiedades del material", dice Siol. "Sin embargo, es crucial que el material pueda usarse durante varios años en el campo de aplicación respectivo".Por ejemplo, esto sería importante para los recubrimientos de semiconductores en ventanas electrocrómicas, que tienen que durar décadas en entornos agresivos, expuestos a la luz solar y las fluctuaciones de temperatura. Los investigadores de Empa buscan esta estabilidad a largo plazo.
Para producir estas fases de óxido, Siol y sus colegas utilizan diferentes técnicas escalables industrialmente: oxidación controlada de películas metálicas delgadas en un horno tubular o solución electrolítica, así como pulverización reactiva, donde los metales se oxidan directamente durante el proceso de deposición ". Imposible"Las aleaciones de óxido, objeto de investigación fundamental hasta ahora, se están volviendo tangibles para aplicaciones industriales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios federales suizos de ciencia y tecnología de materiales EMPA . Original escrito por Rainer Klose. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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