Ученые раскрыли причины и механизмы термического расширения кристаллов сульфата рубидия и его кальциевой разновидности. Эти соединения построены из серокислородных тетраэдров, связанных с рубидий- и кальций-кислородными многогранниками. Нагрев первого вещества вызывал покачивание, а затем вращение тетраэдров. Во втором случае изменения происходили из-за сдвига углов между многогранниками. Знания о поведении материалов при нагреве открывают путь к созданию композитов с управляемым расширением для аэрокосмической сферы. Результаты проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), представлены в Ceramics International.
Почему важно контролировать расширение материалов?
Многие материалы меняют размер при нагреве или охлаждении: расширяются при росте температуры и сжимаются при ее падении. Это критически важно для авиаконструкторов, так как самолеты и ракеты испытывают экстремальные перепады температур. Материал корпуса может одновременно расширяться в одном направлении и сжиматься в другом на уровне кристаллической решетки. Предотвращение деформации и разрушения деталей требует глубокого изучения термического поведения веществ.
Кто исследовал уникальные кристаллы?
Специалисты Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова и Санкт-Петербургского государственного университета исследовали соединения с разнонаправленным термическим расширением. Объектами изучения стали кристаллы сульфата рубидия и сульфата рубидия с кальцием.
Как вел себя сульфат рубидия при нагреве?
Нагрев сульфата рубидия до 656°C и выше приводил к обратимым изменениям его строения. Параметры кристаллической ячейки менялись по-разному в различных направлениях. Эта анизотропия термического расширения обусловлена покачиванием и последующим вращением серокислородных тетраэдров при повышении температуры.
Чем отличалось поведение кальцийсодержащего соединения?
Сульфат рубидия с кальцием демонстрировал равномерное расширение. Его структура, состоящая из микроблоков-"кирпичиков", образует стержни в разных направлениях. Термическое расширение здесь контролируется изменением углов между многогранниками внутри стержней. Ученые установили связь между химическим составом многогранников и величиной расширения (которое может быть и положительным, и отрицательным).
Каковы перспективы открытия?
«Наши результаты перспективны для разработки новых материалов с регулируемым расширением. Такие соединения найдут применение в термомеханических приводах и аэрокосмических компонентах. Дальнейшая цель — понять структурные основы анизотропии термического расширения у других соединений со схожими микроблоками», — делится планами руководитель проекта РНФ Андрей Шаблинский, к.г.-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории структурной химии оксидов ИХС РАН.
Источник: indicator.ru
