Плазма и металл. Новые методы получения высокоэнтропийных соединений

Ученые из Сколтеха, ТПУ и китайских исследовательских центров разработали эффективный метод плазмодинамического синтеза для получения высокоэнтропийных карбидов и карбонитридов. Эти материалы обладают уникальными свойствами, что делает их перспективными для применения в ядерной энергетике, микроэлектронике и производстве литий-ионных аккумуляторов.

Высокоэнтропийные материалы состоят из четырёх и более элементов. Используя метод плазмодинамического синтеза, исследователи смогли синтезировать карбид TiZrNbHfTaC5 и карбонитриды, сочетающие карбиды и нитриды переходных металлов. Эти соединения имеют высокую термическую стабильность и прочность, что делает их подходящими для создания ультравысокотемпературных керамических элементов. Новая технология позволяет обходить сложные процедуры подготовки сырья и снижает энергозатраты.

"За время импульса менее 1 миллисекунды формируется высокоскоростная плазменная струя, которая обеспечивает необходимые условия для синтеза уникальных наноматериалов."

- Дмитрий Никитин, доцент ТПУ

Применение коаксиального магнитоплазменного ускорителя позволило достичь высокой эффективности процесса. Технология генерирует высокоскоростную плазму с повышенными температурами и давлением, обеспечивая кристаллизацию материалов в монокристаллической форме. Это позволяет получать высококачественные порошки карбида и карбонитрида, а также вводить азот в кристаллическую решетку для синтеза новых структур.

"Мы изучили стабильность карбонитридов с разной концентрацией углерода и азота. Большое количество азота может создавать механические напряжения, что влияет на стабильность материала."

- Александр Квашнин, профессор Сколтеха

Новая технология демонстрирует универсальность и низкие энергозатраты. Метод подходит для синтеза различных классов материалов, включая карбиды, нитриды и композиты. Эти достижения открывают перспективы создания новых материалов для высокотемпературных приложений, защиты покрытий и передовых технологий. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Источник: Сколковский институт науки и технологий