Инженеры Университета Пердью продемонстрировали необычный способ одновременно повысить прочность и пластичность интерметаллического соединения кобальта и алюминия — CoAl. Такие материалы хорошо выдерживают высокие температуры и нагрузки, но обычно остаются хрупкими при комнатной температуре.

Учёные решили проблему с помощью намеренного управления дефектами кристаллической структуры. В процессе магнетронного напыления они заранее сформировали в материале большое количество дислокаций, а также создали каркас аморфных интерфейсов — Framework of Amorphous Interfaces, или FAI.

При деформации отдельные участки этих неупорядоченных границ кристаллизуются и становятся источниками новых дислокаций. Они позволяют атомным слоям смещаться под нагрузкой, не вызывая мгновенного разрушения материала. Поэтому дефекты, которые обычно считают слабым местом, в этом случае помогли сделать сплав одновременно прочным и пластичным.

Во время испытаний наноламинат CoAl показал предел текучести свыше 6 ГПа — примерно в 6–10 раз выше показателей высокопрочной конструкционной стали. Последующее упрочнение продолжалось приблизительно до 8,5 ГПа, а пластическая деформация при сжатии превысила 15% при комнатной температуре.

Исследователи наблюдали процесс деформации внутри сканирующего электронного микроскопа, а молекулярное моделирование помогло установить, как аморфные интерфейсы кристаллизуются и запускают движение дислокаций на атомном уровне.

Однако технология пока далека от массового производства. Речь идёт о nanoscale-системе, изготовленной методом тонкоплёночного напыления и проверенной на микроскопических образцах преимущественно при сжатии. Теперь учёным предстоит перенести этот принцип на объёмные материалы и проверить его на других интерметаллических соединениях.

В перспективе подобные сплавы могут применяться в авиационных двигателях, газовых турбинах, энергетике и космической технике — везде, где материал должен выдерживать экстремальные нагрузки и при этом не разрушаться хрупко.

Станет ли управление дефектами ключом к созданию нового поколения сверхпрочных материалов?

Компания Dragonfly Energy разработала технологию изготовления твердотельных батарей из сухих порошков. Вместо жидких суспензий используются уже готовые сухие порошки, которые сразу прессуются, ламинируются и соединяются в аккумуляторную ячейку.

Технология сухих электродов сокращает количество производственных операций, уменьшает энергопотребление и исключает использование токсичных растворителей. Такой подход особенно важен для твердотельных аккумуляторов. В них вместо горючего жидкого электролита используется твердый, благодаря чему батареи становятся безопаснее, долговечнее и способны хранить больше энергии.

Если технология подтвердит заявленные характеристики, она сможет использоваться для выпуска литий-железо-фосфатных, литий-металлических и натрий-ионных батарей.

Много интересной информации в телеграм-канале ЭнергетикУм

Ученые из Германии и Австрии создали новый анод для литий-ионных батарей на основе оксида железа — того самого вещества, из которого состоит обычная ржавчина. Наночастицы железа поместили внутрь полых углеродных сфер, напоминающих австрийские конфеты Mozartkugel, только размером около 250 нм.

Во время работы батареи происходит любопытный эффект: железо внутри сфер медленно окисляется, превращаясь в ржавчину. Именно это и приводит к росту емкости. Максимальные характеристики достигаются примерно после 300 циклов — этот процесс называют электрохимической активацией.

Железо широко распространено и стоит недорого, а отказ от никеля и кобальта делает батареи экологичнее и безопаснее, а пористая структура обеспечивает большую площадь поверхности и высокую емкость. Технология протестирована только для анодов, но ученые уже рассматривают ее применение в натрий-ионных аккумуляторах, которые начинают использовать автопроизводители в Китае. Возможно, будущее аккумуляторов окажется… слегка ржавым.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм