КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-73-10049
НазваниеСоздание и исследование свойств высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой магнетоплюмбита
Руководитель Винник Денис Александрович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" , Челябинская обл
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов
Ключевые слова Оксидные высокоэнтропийные фазы, гексаферриты со структурой магнетоплюмбита, фазовые равновесия, твёрдые растворы, критерии стабильности, термодинамическое моделирование, свойства
Код ГРНТИ31.15.25
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время одним из перспективных направлений в науке о материалах считается направление, связанное с созданием и применением высокоэнтропийных систем (прежде всего – сплавов). О росте интереса к этому направлению можно судить по числу публикаций на эту тему. Считается, что высокоэнтропийные сплавы должны содержать не менее пяти элементов, причём количество каждого из них не должно превышать 35 ат % и не должно быть меньше 5 ат. %. Часто речь идёт о многокомпонентных сплавах, в которых элементы находятся в равной атомной доле, т.е. находящихся в центральной, наименее изученной, области фазовой диаграммы.
Выделение таких систем в особую группу связано с тем, что процессы структуро- и фазообразования в них, а также диффузионная подвижность атомов, механизм формирования механических свойств и термическая стабильность существенно отличаются от аналогичных процессов в традиционных сплавах, в которых основу составляют один или два элемента.
Благодаря высоким значениям энтропии смешения, характерным для таких сплавов, образование в них низкоэнтропийных фаз при кристаллизации из расплава становится маловероятно. Высокая энтропия смешения компонентов в этих сплавах обеспечивает повышенную термическую стабильность фазового состава и структуры сплава, следовательно, его свойств, что является несомненным достоинством не только при эксплуатации, но и в процессе изготовления изделия, например, в процессе реализации активно развивающихся в настоящее время аддитивных технологий.
В настоящее время изучено множество различных высокоэнтропийных сплавов, и, несмотря на то, что исследования носят в основном чисто научный характер и направлены на установление закономерностей влияния различных факторов на свойства получаемых твёрдых растворов, среди исследованных сплавов есть материалы, которые по твердости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и термостабильности уже могут конкурировать с лучшими традиционными сплавами специального назначения.
Вышесказанное относится прежде всего к металлическим сплавам, однако в последние годы быстро растёт количество работ, направленных на получение и исследование свойств нитридных, боридных и оксидных высокоэнтропийных систем.
Частное направление, связанное с созданием и исследованием высокоэнтропийных оксидных фаз, практически возникло совсем недавно и в настоящее время переживает период быстрого роста. При этом уже получены результаты, которые интересны не только с точки зрения фундаментальной науки, но и перспективны с точки зрения практического применения в качестве конструкционных и функциональных материалов.
В ходе предлагаемого нами исследования планируется, прежде всего, изучить возможности получения, закономерности образования и свойства оксидных высокоэнтропийных кристаллических твёрдых растворов со структурой магнетоплюмбита.
Гексаферриты M-типа со структурой магнетоплюмбита известны более полувека и благодаря своим свойствам – химической инертности, механической твердости, высоким значениям температуры Кюри, коэрцитивной силы и поля анизотропии – получили широкое распространение в различных отраслях науки и техники, в первую очередь в устройствах хранения и записи информации, а также при изготовлении постоянных магнитов. Развитие методов и устройств для исследования материалов в последние два десятилетия расширило возможности всестороннего изучения их свойств, что привело к появлению новых приложений ранее известным материалам. Так, в последние десятилетия интерес к гексаферритам возрос благодаря возможности их использования в электронике в виде объемных материалов – в магнитооптике, акустоэлектронике, в качестве сфер для устройств СВЧ диапазона, в виде тонких пленок – в устройствах хранения и перезаписи информации высокой плотности. Рост интереса исследователей к замещённым гексаферритам может быть продемонстрирован в ходе анализа публикационной активности.
Перспективным на настоящий момент времени направлением исследований является создание покрытий и объемных элементов на основе ферритов для летательной техники, бронемашин, кораблей и других объектов, представляющих стратегический интерес, а также материалов для устройств телекоммуникации. При этом современная электроника идет по пути миниатюризации и, как следствие, ужесточаются требования к возможности оптимизации чистых материалов (кристаллических матриц) под конкретные задачи. Кристаллические высокоэнтропийные гексаферритные фазы могут стать материалом, который предоставит широкие возможности для плавной подстройки своих свойств в широких пределах за счёт плавного количественного изменения своего состава. Даже частичный успех запланированных работ приведёт к созданию особой разновидности функциональных материалов, которые будут востребованы при решении ряда важных практических задач.
Фундаментальная научная актуальность предлагаемого исследования связана с тем, что в многокомпонентных системах, которые планируется изучить, реализуются неисследованные с термодинамических и с экспериментальных позиций фазовые равновесия. При этом важно подчеркнуть, что научная значимость планируемых результатов исследования выйдет за пределы получения новых знаний о конкретных исследуемых системах. Анализ полученных результатов позволит сделать выводы относительно общих закономерностей образования высокоэнтропийных фаз и шире того – о пределах влияния величин конфигурационной энтропии смешения на процессы стабилизации фазового состава многокомпонентных систем.
Научная проблема, на решение которой направлен настоящий проект – исследование влияния высокой энтропии смешения многокомпонентных ионных систем на возможность образования и стабилизации в таких системах высокоэнтропийных кристаллических твёрдых растворов. В рамках решения этой проблемы, в процессе выполнения предлагаемого исследования, предполагается изучить возможность образования таких растворов в сложных оксидных системах со структурой магнетоплюмбита, исследование структуры и свойств таких систем.
Конкретными задачами, на решение которых направлен проект, являются:
1. Получение образцов нового класса высокоэнтропийных оксидных фаз – высокоэнтропийных фаз со структурой магнетоплюмбита.
2. Исследование состава и структуры, а также свойств полученных образцов.
3. Анализ полученных экспериментальных данных с целью формулирования общих закономерностей образования высокоэнтропийных фаз со структурой магнетоплюмбита, которые будут включать в себя и критерии стабильности фаз такого рода.
Уровень и масштаб поставленных задач соответствует требованиям современного развития науки в данной области. Выводы, которые предполагается сделать по итогам работы, будут опираться прежде всего на собственные экспериментальные данные и теоретические разработки. Выполнение плана, предусмотренного проектом, покажет не только принципиальную осуществимость получения высокоэнтропийных фаз со структурой магнетоплюмбита, но и заложит теоретическую основу для планомерных исследований в рамках данного направления, которые будут направлены как на получение фундаментальных знаний, так и на прикладные разработки.
Новая научная идея, лежащая в основе предлагаемого исследования, заключается в том, что высокая энтропия смешения может позволить стабилизировать многокомпонентные кристаллические растворы со структурой магнетоплюмбита. В фазах, образованных сложными оксидами, эффект влияния высокой энтропии смешения на стабильность твёрдых растворов практически не изучен, что позволяет нам говорить о том, что теоретический уровень ожидаемых результатов сопоставим с мировым и даже опережает аналогичные зарубежные и отечественные разработки в данной области науки.
Обнаружение стабилизированных твёрдых растворов, их термодинамическое описание, исследование температурных и концентрационных границ их стабильности, экспериментальное исследование их электрофизических и магнитных характеристик – все эти работы и их результаты будут обладать научной новизной.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ