Ученые НИТУ «МИСиС» в ходе исследований сплавов системы железо-галлий выявили новые закономерности, позволяющие контролировать структуру этих материалов и, как следствие, эффективнее управлять их свойствами. С практической точки зрения это расширяет возможности их дальнейшего применения в высокоточных датчиках давления и гидролокаторах.

На сегодняшний день большое количество различных датчиков (к примеру, датчики давления и вибрации, а также гидролокаторы) работает на так называемом магнитоупругом эффекте – изменении намагниченности металлического изделия под воздействием приложенной механической силы в упругой области нагружения. Например, когда требуется отследить локацию субмарины, сквозь толщу воды отправляется ультразвуковой сигнал и, отражаясь от поверхности судна, он возвращается обратно в чуть измененном виде. Благодаря колебаниям его размеров, датчик фиксирует эти изменения, таким образом, удается определить локацию судна.

В лабораторных условиях для оценки функциональных характеристик материалов для сенсоров измеряется эффект обратный магнитоупругому – магнитострикционный (изменение размеров образца под воздействием приложенного магнитного поля). Чем большей магнитострикцией обладает материал, тем больше возможностей имеет изделие из него. Среди «рекордсменов» – сплавы железа с галлием (Fe-Ga или галфенолы). В последних изменение размеров образца достигает 0,04 процента, в то время как в чистом железе этот показатель порядка 0,0015 процентов.

Научные коллективы из США показали, что наилучшие функциональные свойства проявляют сплавы с неравновесной и неоднородной структурой, в которой «соседствует» сразу несколько фаз с очень близкими параметрами решетки. Это открывает новые перспективы для их применения в области высокоточной сенсорики, однако оставался вопрос: как создать и стабилизировать эту неравновесную наногетерогенную структуру при климатических температурах, чтобы она сохранялась при комнатной температуре?

Команда ученых кафедры металловедения цветных металлов НИТУ «МИСиС» совместно со специалистами из Объединенного института ядерных исследований (Дубна) выявила и открыла ряд соотношений между температурой обработки галфенолов и их кристаллической структурой. Эти исследования формируют полную картину о процессах, проходящих внутри кристалла, что позволяет подобрать необходимые условия обработки образца для стабилизации требуемой неравновесной структуры.

Результаты работы ученые представили в виде ряда равновесных и неравновесных фазовых диаграмм, схем структурных превращений кристаллической решетки. Кроме того, ученые доказали, что легирование Fe-Ga сплавов микроскопическими дозами редкоземельных элементов может не только дополнительно повысить их магнитострикцию, но и стабилизировать метастабильные фазы при комнатной температуре.

«Аспиранты НИТУ «МИСиС» Валерия Палачева и Абделькарим Мохамед начали исследования структурных превращений в галфенолах несколько лет назад, – комментирует руководитель проекта профессор Игорь Головин. – Важным этапом исследований стало сотрудничество с группой физика-экспериментатора профессора Анатолия Балагурова из Объединенного института ядерных исследований. Цель совместного (РНФ) проекта — систематическое изучение структуры и свойств сплавов на основе железа в неравновесном состоянии, включая исследования на нейтронном реакторе в совокупности с методами физического металловедения, такими как сканирующая электронная и просвечивающая электронная микроскопия, рентген, магнитометрия, внутреннее трение и другие».

Благодаря систематическому подходу к изучению структуры галфенолов, ученым удалось установить, при каких условиях термической обработки сплавы демонстрируют свои наилучшие функциональные свойства.

Исследование проводится в рамках грантов Российского научного фонда и международных проектов при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Далее коллектив планирует расширить область исследований, шире применяя легирование редкоземельными металлами и используя соединения других металлов с железом.

Похожие новости

  • 28/05/2019

    Ученые из России сделали угольные ТЭС более экологичными и выгодными

    Российские металлурги усовершенствовали созданную ими методику почти полной переработки золы, позволяющую извлечь из отработанного топлива не только алюминий и другие полезные вещества, но и удалять из золы углерод.
    412
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    1216
  • 06/08/2018

    Ученые раскрыли особенности оптических свойств необычных дисульфидных нанотрубок

    ​Свет и вещество в суспензиях и тонкопленочных самосборках нанотрубок дисульфида вольфрама взаимодействуют между собой по уникальному механизму. Эти нанотрубки — один из самых известных и «старейших» аналогов углеродных нанотрубок.
    394
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    1120
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    687
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    595
  • 09/04/2019

    Российские ученые уточнили, как космические лучи действуют на мозг

    ​Нейрофизиологи из МФТИ, НИИ Анохина и Курчатовского института проследили за действием нейтронов на мозг мышей и пришли к выводу, что они не ухудшают интеллектуальные способности грызунов, но подавляют формирование новых клеток в центре памяти.
    373
  • 16/02/2019

    Российские ученые нашли безопасный способ получения кремниевых нанонитей

    ​При производстве кремниевых наноструктур, востребованных в разных областях промышленности, обычно используется достаточно токсичная плавиковая кислота. Сотрудники МГУ имени М. В. Ломоносова нашли способ, как избежать её применения.
    562
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    735
  • 28/05/2019

    Российские ученые нашли способ сделать металл прочнее

    ​Один из самых перспективных материалов для авиационной и автомобильной промышленности — алюминий. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» нашли простой и эффективный способ укрепления композитных материалов на его основе.
    360