Les alliages de précision ou d'invar ont été développés par les scientifiques depuis de nombreux siècles. Ces alliages à base de fer et de nickel sont capables de conserver leur taille inchangée dans une plage de températures donnée. À cause de ce, ils sont utilisés dans la fabrication de jauges de précision, normes de longueur, détails pour les cadrans mécaniques, et appareils similaires. Cependant, les alliages d'invar manquent de nombreuses autres caractéristiques physiques utiles, et cela limite leur utilisation dans d'autres domaines, par exemple, ceux qui nécessitent une conductivité thermique élevée des matériaux. Par conséquent, Les scientifiques ont longtemps cherché à créer un matériau composite unique à base d'autres métaux qui combinerait la dilatation thermique typique des alliages d'invar avec des propriétés physiques supplémentaires.

Une équipe de chercheurs de BFU a suggéré leur approche de cette question. Développer un nouveau matériau composite, ils ont utilisé une méthode traditionnelle basée sur la réduction de la dilatation thermique des matériaux fonctionnels. Au cours de cette technique, de la céramique ou d'autres particules sont ajoutées au métal initial. Par rapport au métal, les particules ont une dilatation thermique considérablement plus faible. Cette fois, les scientifiques ont ajouté un composé de valence intermédiaire au mélange. Contrairement aux éléments de valence intégrale, de tels composés peuvent avoir des propriétés anormales :par exemple, certains d'entre eux peuvent rétrécir lorsqu'ils sont chauffés. De plus, le niveau de ce retrait peut être régulé. Les composites à base de métal et d'un système de valence intermédiaire permettent de gérer leur dilatation thermique et de la ramener à presque zéro. Cela élargit considérablement la gamme de leurs applications.

Dans leur étude, l'équipe a utilisé de l'hexaborure d'aluminium et de samarium. Bien que ces substances soient largement connues, c'était la première fois qu'ils étaient combinés ensemble. Pour obtenir le composite, les composants sous forme de poudre ont été pressés à chaud. Après ça, l'équipe a étudié le résultat avec un microscope optique et a utilisé la tomographie aux rayons X pour diagnostiquer la structure interne de l'échantillon sans polissage ni finition supplémentaires. En utilisant la numérisation couche par couche, les scientifiques ont développé un modèle 3-D de la nouvelle substance et ont découvert que les particules d'hexaborure de samarium étaient uniformément réparties dans l'aluminium. Cela a confirmé que le composite était apte à d'autres études. Pour mesurer sa dilatation thermique, l'équipe a utilisé la dilatométrie capacitive dans la plage de température de 10 à 210 K. L'échantillon avait une dilatation thermique nulle à 45 K et a démontré un comportement invar jusqu'à 60 K.

« Notre travail est le premier dans son domaine, et nous ne sommes pas encore prêts à envisager de passer au niveau industriel. Actuellement, nous nous concentrons sur des problèmes spécifiques qui nécessitent des solutions uniques. La question de la réduction de la dilatation thermique des matériaux fonctionnels au moyen de l'ajout de petites particules de substances à dilatation faible ou nulle a été pertinente dans l'industrie de la fabrication d'instruments, radioélectronique, aviation, et l'industrie spatiale, ainsi que dans les technologies laser et cryogénique depuis de nombreuses années, " a déclaré Dmitri Serebrennikov, un candidat en sciences physiques et mathématiques, et chercheur associé au Laboratoire des systèmes électroniques fortement corrélés, Centre de science et de recherche "Nanomatériaux fonctionnels" à BFU.