Các hợp kim có entropy cao hoặc HEA bao gồm năm nguyên tố kim loại khác nhau trở lên và là một loại vật liệu cực kỳ thú vị với nhiều ứng dụng tiềm năng.
>> Tham khảo: Photon nhỏ nhất thế giới trong vật liệu điện môi.
Vì các đặc tính vĩ mô của chúng phụ thuộc rất nhiều vào các tương tác giữa các nguyên tử, nên việc thăm dò cấu trúc cục bộ và rối loạn cấu trúc xung quanh từng nguyên tố riêng lẻ bằng các kỹ thuật dành riêng cho từng nguyên tố là vô cùng thú vị.
Giờ đây, một nhóm đã kiểm tra cái gọi là hợp kim Cantor — một hệ thống mô hình để nghiên cứu các hiệu ứng entropy cao ở quy mô cục bộ và vĩ mô.
Một hộp công cụ tại BESSY II
Để điều tra môi trường cục bộ của các thành phần riêng lẻ, nhóm đã sử dụng quang phổ hấp thụ tia X đa cạnh (EXAFS) tại BESSY II và sau đó là phương pháp Monte Carlo đảo ngược để phân tích dữ liệu thu thập được.
Các tính chất từ tính của từng nguyên tố của hợp kim đã được thăm dò bổ sung bằng kỹ thuật lưỡng sắc tròn từ tính tia X (XMCD).
Bằng phép đo từ thông thường, các nhà khoa học đã chứng minh sự hiện diện của sự chuyển pha từ tính và tìm thấy một số dấu hiệu của một trật tự từ tính phức tạp với sự cùng tồn tại của các pha từ tính khác nhau.
>> Tham khảo: Vi khuẩn tạo ra cuộc cách mạng xanh thực sự trong thiết bị điện tử cá nhân.
Xu hướng phổ biến trong các mẫu số lượng lớn và màng nano
Các kết quả từ màng tinh thể nano làm bằng hợp kim này đã được kiểm tra cho thấy một số xu hướng phổ biến so với mẫu số lượng lớn, ví dụ: độ giãn mạng tinh thể lớn nhất của Chromium và hành vi từ tính vẫn hấp dẫn của Mangan, phù hợp với hành vi từ tính vĩ mô của màng.
Tiến sĩ Alevtina Smekhova, nhà vật lý tại HZB và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Các hợp kim có entropy cao là một loại vật liệu cực kỳ đa dạng và thú vị.
Cô nói: “Bằng cách thăm dò hành vi của các thành phần riêng lẻ ở quy mô nguyên tử, chúng tôi sẽ thu được manh mối có giá trị để phát triển thêm các hệ thống phức tạp mới với tính đa chức năng mong muốn.
Ba câu hỏi cho Tiến sĩ Alevtina Smekhova,. tác giả đầu tiên của nghiên cứu.
>> Tham khảo: Tác động khí hậu và sức khỏe của các hạt khí quyển.
Hợp kim Entropy cao là gì?
Ý tưởng chính của toàn bộ lớp vật liệu “entropy cao” là trộn năm nguyên tố trở lên và để xem các thuộc tính vĩ mô sẽ thay đổi như thế nào.
Khi có quá nhiều phần tử trong một vật liệu, không thể nói rằng có một “ma trận” và có một “chất liệu loãng”, vì vậy tất cả các phần tử bằng cách nào đó “bằng nhau” đối với dung dịch rắn, nhưng vẫn hoạt động khác nhau do đến các thuộc tính riêng lẻ của chúng như kích thước, điện tích, số lượng electron, độ âm điện, v.v.
Tại sao những HEA đó lại thú vị như vậy?
Người ta nhận thấy rằng nhiều tính chất vĩ mô như độ cứng cơ học, khả năng chống bức xạ, hoạt tính xúc tác và nhiều tính chất khác được cải thiện đáng kể so với các hợp kim thông thường.
Và có vẻ như tất cả các thuộc tính này đều liên quan đến số lượng cấu hình cục bộ, rất lớn — hàng tỷ!!!- do số lượng phần tử.
>> Tham khảo: Phương pháp mới tạo công tắc di truyền nhân tạo cho nấm men.
Đã có một ý tưởng làm thế nào để sử dụng chúng?
Vâng, chắc chắn. Các hợp kim này có khả năng chịu nhiệt và bức xạ, đồng thời có thể được sử dụng làm các lớp phủ khác nhau trong các điều kiện khắc nghiệt, ví dụ như trong lò phản ứng hoặc trong ngành hàng không.
Các thí nghiệm hóa học gần đây đã chỉ ra rằng HEA rất tốt cho các ứng dụng năng lượng tái tạo và xúc tác, ví dụ như để tách nước.
Hiện nay, rất nhiều người đang tìm kiếm các tính chất và ứng dụng mới, và yếu tố then chốt để phát triển lĩnh vực này là hiểu biết về cách các thành phần riêng lẻ của hợp kim hoạt động ở quy mô nguyên tử. Và với tia X từ synchrotron, có thể tìm thấy câu trả lời cho hầu hết các câu hỏi này.
