Las máquinas y dispositivos utilizados en la industria moderna deben soportar condiciones difíciles. Cuando la temperatura ambiental cambia, el volumen de los materiales utilizados para fabricar estos dispositivos generalmente cambia levemente, generalmente en menos del 0.01%. Aunque esto puede parecer trivialcambio, con el tiempo esta expansión térmica puede degradar seriamente el rendimiento de los sistemas y equipos industriales.
Materiales que se contraen en calefacción, o negativo los materiales de expansión térmica, por lo tanto, son de gran interés para los ingenieros industriales. Estos materiales se pueden mezclar con materiales normales, que se expanden al calentar, con el objetivo final de producir un material compuesto con su expansión térmica ajustada a un valor particular, típicamente ceroy mantenido incluso a las temperaturas de funcionamiento extremadamente bajas utilizadas en ingeniería criogénica y aeroespacial.
En un nuevo estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores liderados por la Universidad de Nagoya informan un material cerámico de rutenato reducido, compuesto de átomos de calcio, rutenio y oxígeno, que se reduce en un 6,7% sin precedentes cuando se calienta. Esto es más del doble del récord actual de una expansión térmica negativay el material a granel se expande nuevamente cuando se enfría. Los resultados pueden proporcionar a los ingenieros industriales una nueva clase de materiales compuestos que se pueden utilizar para aumentar la precisión de los procesos y mediciones, mejorar la estabilidad del rendimiento del dispositivo y prolongarduración del dispositivo.
El tamaño del cambio de volumen, así como las temperaturas de operación para la expansión térmica negativa se pueden controlar cambiando la composición del material. Cuando los átomos de rutenio se reemplazan parcialmente por átomos de hierro, la ventana de temperatura para la expansión térmica negativa se vuelve muy variable.más grande. Esta ventana se extiende por encima de 200 ° C para el material que contiene hierro, lo que lo hace particularmente prometedor para uso industrial.
Observando que los cambios de volumen se activaron a la misma temperatura que el material de rutenato reducido cambió de un estado metálico a uno no metálico, los investigadores observaron cambios en la disposición de los átomos utilizando técnicas de rayos X. Vieron cambios dramáticosen calefacción, con la estructura atómica interna expandiéndose en algunas direcciones pero contrayéndose en otras.
Aunque la estructura interna mostró una contracción neta, los cambios cristalográficos no fueron lo suficientemente grandes como para explicar los cambios de volumen gigantescos en el material a granel. En cambio, los investigadores centraron su atención en la estructura general del material y encontraron vacíos vacíos alrededor de los granos de cerámica.
"Los cambios no uniformes en la estructura atómica parecen deformar la microestructura del material, lo que significa que los huecos colapsan y el material se contrae", dice el autor correspondiente del estudio, Koshi Takenaka. "Esta es una nueva forma de lograr un efecto térmico negativoexpansión, y nos permitirá desarrollar nuevos materiales para compensar la expansión térmica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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