I ricercatori dell'UNSW hanno scoperto un materiale straordinario che non si espande né si contrae in un intervallo di temperatura estremamente ampio e potrebbe essere uno dei materiali più stabili conosciuti.

Utilizzando gli strumenti dell'Australian Synchrotron e dell'Australian Centre for Neutron Scattering di ANSTO, nonché altre tecniche, il team guidato da UNSW A/Prof Neeraj Sharma, un Future Fellow dell'ARC, dimostrato che il materiale a dilatazione termica zero fatto di scandio, alluminio, il tungsteno e l'ossigeno non sono cambiati di volume da 4 a 1400 Kelvin (da -269 a 1126 °Celsius).

La loro ricerca, pubblicato in Chimica dei materiali , ha confermato la stabilità strutturale di Sc _1.5 UN _l0.5 W ₃ oh ₁₂ con solo minuscole modifiche alle obbligazioni, posizione degli atomi di ossigeno e rotazioni delle disposizioni atomiche.

I materiali a espansione zero sono utilizzati negli strumenti meccanici di alta precisione, meccanismi di controllo, componenti aerospaziali e impianti medici, per ambienti in cui la stabilità a temperature variabili è critica.

A causa della sintesi relativamente semplice dei materiali e della buona disponibilità di allumina e ossido di tungsteno, la produzione su larga scala è una possibilità.

"Stavamo conducendo esperimenti con questi materiali in associazione con la nostra ricerca basata sulle batterie, per scopi estranei, e casualmente mi sono imbattuto in questa singolare proprietà di questa particolare composizione, " ha detto Sharma.

Presso l'Australian Centre for Neutron Scattering sono state condotte misurazioni complete della diffusione dei neutroni.

"Echidna è fantastica nel determinare la struttura, soprattutto sui dettagli degli elementi più leggeri, " ha affermato la dott.ssa Helen Maynard-Casely, scienziata senior degli strumenti, che ha assistito alle misurazioni sul diffrattometro per polveri ad alta risoluzione Echidna.

"Curiosamente, gli esperimenti suggeriscono che questi piccoli spostamenti atomici e aggiustamenti sembrano essere intrapresi in modo cooperativo, " lei ha aggiunto.

"Movimenti e rotazioni di atomi e raggi sono abbastanza ordinari, ma questo comportamento correlato era abbastanza inaspettato, " disse Maynard-Casely.

I dati cristallografici degli esperimenti di diffrazione riflettono la combinazione di distorsioni sottili ma osservabili delle unità poliedriche, lunghezze di legame, angoli e atomi di ossigeno che consentono al materiale di assorbire le variazioni di temperatura.

"Sono le lunghezze dei legami che si stanno espandendo? È lo spostamento degli atomi di ossigeno? Oppure, l'intero poliedro ruota? Abbiamo tre fattori che sono in correlazione.

"A questo punto, non è chiaro se uno o tutti questi fattori che contribuiscono sono responsabili della stabilità in un intervallo di temperature e stiamo indagando ulteriormente per cercare di isolare il meccanismo, " ha detto Sharma.

I ricercatori hanno notato, però, che poiché questa specifica composizione del materiale ha dimostrato questa proprietà, fattori diversi dai raggi atomici potrebbero essere in gioco, come un comportamento cristallografico o dinamico più complesso.

Indagini su altre forme del materiale di interesse sono state intraprese sulla linea di luce di diffrazione delle polveri presso il sincrotrone australiano con l'assistenza di Senior Instrument Scientist, La dottoressa Helen Brand. Rapporti leggermente diversi degli elementi non hanno mostrato la dilatazione termica nulla.

Il gruppo sta attualmente effettuando misurazioni anelastiche della diffusione di neutroni presso il Center for Accelerator Science su questa composizione.