Ученые создали семь новых керамических материалов, удаляя кислород при синтезе

Исследователи из Университета Пенсильвании разработали семь новых высокоэнтропийных оксидных керамических материалов, применив простой, но эффективный метод — удаление кислорода из атмосферы во время синтеза.

Три из семи новых керамических таблеток. Автор: David Kubarek / Penn State

Эти материалы состоят из пяти или более металлов и перспективны для применения в энергонакопителях, электронике и защитных покрытиях. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

«Удаляя кислород из атмосферы печи, мы стабилизировали железо и марганец в керамике, что невозможно при обычных условиях», — пояснил ведущий автор исследования Саид Альмишал.

Сначала Альмишал стабилизировал материал с марганцем и железом (композиция J52), а затем с помощью машинного обучения идентифицировал еще шесть стабильных комбинаций металлов. Семь новых составов были синтезированы в виде керамических таблеток.

Студенты-лаборанты за работой. Автор: David Kubarek / Penn State

Ключевым моментом стало удержание атомов марганца и железа в степени окисления 2+ (структура «каменной соли»). При синтезе в обычной атмосфере эти элементы переходят в более высокие степени окисления, и материал не стабилизируется. Ограничение доступа кислорода решает эту проблему.

Следующим этапом исследования станет проверка магнитных свойств новых материалов. Разработанный метод может быть применен и к другим классам материалов, считающимся нестабильными.

Соавтор исследования, студент Мэтью Ферст, был приглашен представить работу на ежегодной встрече Американского керамического общества в 2025 году — редкая честь для студента бакалавриата.