Des chercheurs de l'UNSW ont découvert un matériau extraordinaire qui ne se dilate ni ne se contracte sur une plage de températures extrêmement large et peut être l'un des matériaux les plus stables connus.
En utilisant des instruments du synchrotron australien de l'ANSTO et du centre australien de diffusion des neutrons ainsi que d'autres techniques, l'équipe dirigée par UNSW A/Prof Neeraj Sharma, un futur boursier de l'ARC, a démontré que le matériau à dilatation thermique nulle en scandium, aluminium, le tungstène et l'oxygène n'ont pas changé de volume de 4 à 1400 Kelvin (-269 à 1126 °Celsius).
Leurs recherches, publié dans le Chimie des Matériaux , a confirmé la stabilité structurelle de Sc
Les matériaux à expansion nulle sont utilisés dans les instruments mécaniques de haute précision, mécanismes de contrôle, composants aérospatiaux et implants médicaux, pour les environnements dans lesquels la stabilité à des températures variables est critique.
En raison de la synthèse relativement simple des matériaux et de la bonne disponibilité de l'alumine et de l'oxyde de tungstène, la fabrication à grande échelle est une possibilité.
"Nous menions des expériences avec ces matériaux en association avec nos recherches sur les batteries, à des fins non liées, et tomba par hasard sur cette propriété singulière de cette composition particulière, " dit Sharma.
Des mesures complètes de la diffusion des neutrons ont été effectuées au Centre australien de diffusion des neutrons.
"Echidna est fantastique pour déterminer la structure, notamment sur les détails des éléments plus légers, " a déclaré Helen Maynard-Casely, scientifique principale en instrumentation, qui a aidé aux mesures sur le diffractomètre à poudre haute résolution Echidna.
"Avec curiosité, les expériences suggèrent que ces déplacements et ajustements atomiques infimes semblent être entrepris en coopération, " elle a ajouté.
"Les mouvements et rotations des atomes et des rayons sont tout à fait ordinaires, mais ce comportement corrélé était assez inattendu, " a déclaré Maynard-Casely.
Les données cristallographiques des expériences de diffraction reflètent la combinaison de distorsions subtiles mais observables des unités polyédriques, longueurs de liaison, angles et atomes d'oxygène qui permettent au matériau d'absorber les changements de température.
« Est-ce les longueurs de liaison qui se dilatent ? Est-ce le déplacement des atomes d'oxygène ? Ou, le polyèdre entier est-il en rotation ? Nous avons trois facteurs qui sont corrélés.
"À ce point, il n'est pas clair si un ou tous ces facteurs contributifs sont responsables de la stabilité sur une plage de températures et nous étudions davantage pour essayer d'isoler le mécanisme, " dit Sharma.
Les chercheurs ont noté, cependant, que parce que cette composition matérielle spécifique a démontré cette propriété, des facteurs autres que les rayons atomiques pourraient être en jeu, comme un comportement cristallographique ou dynamique plus complexe.
Des recherches sur d'autres formes du matériau d'intérêt ont été entreprises sur la ligne de lumière de diffraction des poudres du synchrotron australien avec l'aide du scientifique principal des instruments, Dr Helen Brand. Des rapports légèrement différents des éléments n'ont pas montré la dilatation thermique nulle.
Le groupe entreprend actuellement des mesures de diffusion inélastique des neutrons au Center for Accelerator Science sur cette composition.
