Un nuevo estudio ha revelado por primera vez cómo diferentes métodos de síntesis pueden afectar profundamente las propiedades estructurales y funcionales de los óxidos de alta entropía, una clase de materiales utilizados en los dispositivos electrónicos cotidianos. El estudio fue publicado esta semana. Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
“El material específico que estudiamos aquí es un óxido de alta entropía con una estructura cristalina de espinela, que es una mezcla de cinco óxidos de metales de transición diferentes. Gran parte del entusiasmo que vemos rodea a esta clase de materiales. Eso es según la Dra. Alana Halas , científico de materiales del Instituto Bilson de Materia Cuántica y del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Columbia Británica.
“La razón por la que estos sistemas de alta entropía son tan prometedores desde este punto de vista es que tienen mucha flexibilidad química. Al sintetizar estos materiales, tenemos muchas perillas diferentes que podemos girar, por lo que hay una especie de potencial ilimitado”. en estos métodos que se pueden construir.”
Los investigadores prepararon muestras idénticas utilizando cinco métodos de síntesis diferentes: estado sólido, alta presión, hidrotermal, sales fundidas y síntesis por combustión. Los métodos incluyen diferentes métodos de calentar el material, diferentes velocidades a las que el material se enfría hasta alcanzar la temperatura ambiente y diferentes condiciones químicas bajo las cuales puede ocurrir el calentamiento.
“Nuestros resultados confirman que el método de síntesis importa. Descubrimos que si bien la estructura promedio no cambia, las muestras varían significativamente en su estructura espacial y su microestructura con la composición de combustión. Son las que dan como resultado los patrones más uniformes”.
La principal diferencia entre los métodos de síntesis es el mecanismo impulsor que da forma al material, dijo el autor principal del estudio, Mario Ulysses González Rivas, quien durante su tiempo como investigador de doctorado estudió muestras utilizando diferentes métodos de síntesis. En el grupo de Halas.
En el método de estado sólido, los óxidos metálicos se mezclan y luego se calientan, de forma similar a como se hornea un pastel. El proceso de alta presión aumenta la presión externa durante el calentamiento, lo que puede afectar la forma en que se forma el material. El método hidrotermal imita la formación de minerales en el núcleo de la Tierra calentando sales metálicas en agua dentro de un recipiente a presión, creando un flujo que ayuda a que los cristales crezcan. El método de las sales fundidas utiliza sales de metales fundidos, que forman un líquido espeso que permite que los cristales cristalicen cuando se enfrían. Finalmente, el proceso de combustión implica disolver sales metálicas en agua, formando un gel que se quema, produciendo rápidamente el material deseado mediante una rápida reacción de combustión.
“Algunos de estos materiales tienen un gran potencial de uso para abordar los desafíos energéticos. La implementación tecnológica de estos materiales para sistemas energéticos se ve profundamente afectada por las variaciones estructurales que observamos en este estudio”, dijo González-Rivas. “Nuestros resultados proporcionan efectivamente un nuevo eje de optimización a considerar al implementar estos materiales en entornos aplicados”.
El estudio es el resultado de una colaboración entre el equipo de Hallas en UBC Blusson QMI, el investigador asociado de UBC Blusson QMI, el Dr. Robert Green de la Universidad de Saskatchewan, y el Dr. Hidenori Takagi del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido.
