Precisions- eller invarlegeringar har utvecklats av forskare i många århundraden. Dessa järn- och nickelbaserade legeringar kan hålla sin storlek oförändrad inom ett givet temperaturintervall. På grund av detta, de används vid tillverkning av precisionsmätare, standarder för längd, detaljer för mekaniska urtavlor, och liknande enheter. Dock, invarlegeringar saknar många andra användbara fysiska egenskaper, och detta begränsar deras användning på andra områden, till exempel, de som kräver hög värmeledningsförmåga hos material. Därför, forskare har länge försökt skapa ett unikt kompositmaterial baserat på andra metaller som skulle kombinera termisk expansion som är typisk för invarlegeringar med ytterligare fysiska egenskaper.

Ett team av forskare från BFU föreslog sin inställning till denna fråga. För att utveckla ett nytt kompositmaterial, de använde en traditionell metod baserad på minskning av värmeutvidgningen av funktionella material. Under denna teknik, keramiska eller andra partiklar sätts till den ursprungliga metallen. Jämfört med metallen, partiklarna har betydligt lägre värmeexpansion. Den här gången, forskarna lade till en mellanliggande valensförening till blandningen. Till skillnad från integrerade valenselement, sådana föreningar kan ha avvikande egenskaper:till exempel några av dem kan krympa vid uppvärmning. Dessutom, nivån på sådan krympning kan regleras. Kompositer baserade på en metall och ett mellanliggande valenssystem gör att man kan hantera sin termiska expansion och sänka den till nästan noll. Detta utökar avsevärt deras tillämpningsområde.

I deras studie, laget använde aluminium och samariumhexaborid. Även om dessa ämnen är allmänt kända, det var första gången de kombinerades tillsammans. För att få kompositen, komponenterna i pulverform varmpressades. Efter det, laget studerade resultatet med ett optiskt mikroskop och använde röntgentomografi för att diagnostisera provets inre struktur utan ytterligare polering och efterbehandling. Använda skanning-för-lager-skanning, forskarna utvecklade en 3D-modell av det nya ämnet och fick reda på att samariumhexaboridpartiklar var jämnt fördelade i aluminium. Detta bekräftade att kompositen var lämplig för ytterligare studier. För att mäta dess värmeutvidgning, teamet använde kapacitiv dilatometri inom temperaturområdet 10-210 K. Provet hade noll värmeexpansion vid 45 K och visade invarbeteende upp till 60 K.

"Vårt arbete är det första inom sitt område, och vi är inte redo att överväga att skala till industriell nivå ännu. För närvarande, vi är fokuserade på specifika problem som kräver unika lösningar. Frågan om att minska värmeutvidgningen av funktionella material med hjälp av tillsats av små partiklar av ämnen med låg eller noll expansion har varit relevant i instrumentindustrin, radioelektronik, flyg, och rymdindustrin, såväl som inom laser- och kryogenteknik under många år, "sa Dmitry Serebrennikov, en kandidat i fysikaliska och matematiska vetenskaper, och en forskningsassistent vid laboratoriet för starkt korrelerade elektronsystem, Science and Research Center "Functional Nanomaterials" på BFU.