Nuestra intuición nos dice que una muestra de material comprimido uniformemente desde todos los lados debería reducir sus dimensiones. Solo unos pocos materiales sometidos a compresión hidrostática exhiben el comportamiento opuesto, expandiéndose ligeramente en una o dos direcciones. En el Instituto de Química Física delEn la Academia de Ciencias de Polonia, se descubrió un material con una compresibilidad negativa excepcionalmente alta y un mecanismo previamente desconocido.
Cuando aprieta algo, generalmente espera que se encoja, particularmente cuando la presión ejercida actúa de manera uniforme desde todos los lados. Sin embargo, hay materiales que cuando se someten a presión hidrostática se alargan ligeramente en una o dos direcciones. Durante la búsqueda de compuestos óptimosPara el almacenamiento de hidrógeno en el Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia IPC PAS en Varsovia, se ha hecho un descubrimiento accidental, aunque muy interesante: mientras aumentaba la presión, uno de los materiales probados se alargó de forma significativa.
"Por lo general, el aumento en las dimensiones observadas en materiales con compresibilidad negativa sometida a alta presión hidrostática es pequeño. Estamos hablando aquí de valores del orden de un punto porcentual único o incluso menos. Hemos encontrado un material de compresibilidad negativa muy alta, de hasta 10% en una dirección. Curiosamente, el alargamiento se produjo abruptamente a una presión de aproximadamente 30 mil atmósferas ", dice el Dr. Taras Palasyuk IPC PAS.
El Dr. Palasyuk está realizando investigaciones sobre materiales sujetos a presiones hidrostáticas de uno a varios millones de atmósferas el prefijo hidro significa que la presión actúa sobre el material desde todos los lados. Estas presiones altas se producen en el laboratorio utilizando yunques de diamante,entre los cuales se coloca una muestra del tamaño de un micrómetro. La muestra está en un sello que garantiza que la presión ejercida actúa sobre el material de prueba de manera uniforme desde todas las direcciones. Para conducir a un aumento de la presión, los yunques se comprimen por medio de un tornillo. AEl cristal de rubí colocado al lado de la muestra actúa como un medidor de presión. Cambia su modo de fluorescencia dependiendo de la presión ejercida sobre él.
El volumen de las muestras de material expuestas a una presión creciente disminuye, lo que se asocia con una reducción de generalmente todas las dimensiones espaciales. Sin embargo, también hay materiales cristalinos atípicos cuyo volumen disminuye durante la compresión porque según la termodinámica debe hacerlo mientrasAl mismo tiempo, el cristal se alarga en una o dos direcciones. El mecanismo responsable de este alargamiento siempre ha sido de naturaleza geométrica: bajo presión, los elementos individuales de la estructura cristalina simplemente se movían entre sí en grados variables en diferentes direcciones.
"En nuestro laboratorio, utilizando luz láser, analizamos cómo las formas de vibración de las moléculas en el cristal cambiaban con la presión creciente y sobre esta base sacamos conclusiones sobre la estructura del material. Rápidamente descubrimos que en el cristal que estábamos examinando,que era amidoborano de sodio, el alargamiento no podía explicarse solo por cambios en la geometría ", dice la estudiante de doctorado Ewelina Magos-Palasyuk, autora principal de la publicación en la revista Informes científicos .
El amidoborano de sodio es un compuesto relativamente disponible con la fórmula química Na NH2BH3 que forma cristales transparentes con una estructura ortorrómbica. Los resultados de la investigación sobre los cristales de este compuesto obtenidos en el IPC PAS usando espectroscopía Raman se confrontaron con predicciones teóricas del modelo.Resultó que la compresibilidad negativa de los cristales de amidoborano de sodio tiene que ser una consecuencia del alargamiento de los enlaces químicos entre nitrógeno e hidrógeno y boro y nitrógeno, causados por la formación abrupta de nuevos enlaces de hidrógeno entre moléculas adyacentes en el cristal.
"El amidoborano de sodio es, por lo tanto, el primer material que conocemos donde la compresibilidad negativa es principalmente de naturaleza química", dice el Dr. Taras Palasyuk y enfatiza eso en contraste con otros materiales, en los cuales cambia la simetría de la estructura cristalinabajo alta presión, en el amidoborano de sodio no hay cambios drásticos. Agrega: "Nuestros resultados preliminares, obtenidos por difracción de rayos X en el Centro Nacional de Investigación de Radiación Sincrotrón en Taiwán, también confirman que el material conserva su simetría original. Es precisamenteporque no tiene que reconstruir que el aumento en las dimensiones lineales ocurre aquí de una manera tan abrupta "
El descubrimiento de un mecanismo previamente desconocido responsable de la compresibilidad negativa abre caminos interesantes en la búsqueda de nuevos materiales con propiedades físicas igualmente exóticas. Sin embargo, las primeras aplicaciones ya se pueden pensar en este momento. El aumento significativo, abrupto y reversible enLa longitud de los cristales de amidoborano de sodio a un valor de presión claramente definido hace que el material sea un candidato interesante para, por ejemplo, componentes de detectores de un cierto umbral de presión de aproximadamente 30 mil atmósferas en presiones industriales de hasta 300 mil atmósferasOtra aplicación potencial de amidoborano de sodio podría ser el uso de chalecos antibalas activos, que se comportarían como bolsas de aire en un automóvil bajo la influencia del fuerte aumento de presión causado por el ataque con misiles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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