Le leghe di precisione o invar sono state sviluppate dagli scienziati per molti secoli. Queste leghe a base di ferro e nichel sono in grado di mantenere inalterate le proprie dimensioni entro un determinato intervallo di temperature. A causa di ciò, sono utilizzati nella fabbricazione di calibri di precisione, standard di lunghezza, dettagli per placche meccaniche, e dispositivi simili. Però, le leghe invar mancano di molte altre caratteristiche fisiche utili, e questo ne limita l'uso in altre aree, Per esempio, quelli che richiedono un'elevata conducibilità termica dei materiali. Perciò, gli scienziati hanno cercato a lungo di creare un materiale composito unico basato su altri metalli che combinasse l'espansione termica tipica delle leghe invar con proprietà fisiche aggiuntive.

Un team di ricercatori della BFU ha suggerito il loro approccio a questo problema. Per sviluppare un nuovo materiale composito, hanno utilizzato un metodo tradizionale basato sulla riduzione dell'espansione termica dei materiali funzionali. Nel corso di questa tecnica, ceramica o altre particelle vengono aggiunte al metallo iniziale. Rispetto al metallo, le particelle hanno un'espansione termica notevolmente inferiore. Questa volta, gli scienziati hanno aggiunto un composto di valenza intermedio al mix. A differenza degli elementi di valenza integrale, tali composti possono avere proprietà anomale:ad esempio, alcuni di loro possono restringersi quando vengono riscaldati. Inoltre, il livello di tale restringimento può essere regolato. I compositi a base di un metallo e di un sistema di valenza intermedia consentono di gestire la propria dilatazione termica e di portarla quasi a zero. Ciò amplia notevolmente la gamma delle loro applicazioni.

Nel loro studio, il team ha utilizzato esaboruro di alluminio e samario. Sebbene queste sostanze siano ampiamente conosciute, era la prima volta che venivano combinati insieme. Per ottenere il composto, i componenti in polvere sono stati pressati a caldo. Dopo di che, il team ha studiato il risultato con un microscopio ottico e ha utilizzato la tomografia a raggi X per diagnosticare la struttura interna del campione senza ulteriore lucidatura e finitura. Utilizzando la scansione strato per strato, gli scienziati hanno sviluppato un modello 3D della nuova sostanza e hanno scoperto che le particelle di esaboruro di samario erano distribuite uniformemente nell'alluminio. Ciò ha confermato che il composito era adatto per ulteriori studi. Per misurare la sua espansione termica, il team ha utilizzato la dilatometria capacitiva nell'intervallo di temperatura di 10-210 K. Il campione ha avuto un'espansione termica pari a zero a 45 K e ha dimostrato un comportamento invar fino a 60 K.

"Il nostro lavoro è il primo nel suo campo, e non siamo ancora pronti a considerare il ridimensionamento a livello industriale. Attualmente, siamo focalizzati su problemi specifici che richiedono soluzioni uniche. Il problema della riduzione dell'espansione termica dei materiali funzionali mediante l'aggiunta di piccole particelle di sostanze a bassa o zero espansione è stato rilevante nell'industria della fabbricazione di strumenti, elettronica radiofonica, aviazione, e industria spaziale, così come nelle tecnologie laser e criogeno da molti anni, " ha detto Dmitry Serebrennikov, un candidato di scienze fisiche e matematiche, e un ricercatore associato presso il Laboratorio per sistemi di elettroni fortemente correlati, Science and Research Center "Nanomateriali Funzionali" presso BFU.