Las aleaciones de alta entropía (HEAs) son materiales prometedores para la catálisis y el almacenamiento de energía, al mismo tiempo que son extremadamente duras, resistentes al calor y muestran una gran diversidad en su comportamiento magnético. Ahora, un equipo de BESSY II en colaboración con la Universidad Ruhr Bochum, BAM, Freie Universität Berlin y la Universidad de Letonia ha obtenido nuevos conocimientos sobre la ecología local de las llamadas aleaciones Cantor de alta entropía hechas de cromo, manganeso, hierro y cobalto. y níquel, y así también logró explicar parcialmente las propiedades magnéticas de una película nanocristalina de esta aleación.
Las aleaciones de alta entropía o HEA se componen de cinco o más elementos metálicos diferentes y son una clase muy interesante de materiales con una amplia variedad de aplicaciones potenciales (Vea la entrevista a continuación). Dado que sus propiedades macroscópicas dependen en gran medida de las interacciones entre los átomos, es bastante interesante explorar la estructura local y el desorden estructural alrededor de cada elemento individual a través de técnicas específicas de elementos. Ahora, un equipo ha examinado la llamada aleación de Cantor, un sistema modelo para estudiar los efectos de alta entropía tanto a escala local como macroscópica.
Caja de herramientas en BESSY II
Para investigar el entorno local de los componentes individuales, el equipo utilizó la espectroscopia de absorción de rayos X de múltiples bordes (EXAFS) de BESSY II y luego el método inverso de Monte Carlo para analizar los datos recopilados. Las propiedades magnéticas de cada elemento de la aleación se investigaron adicionalmente utilizando la tecnología de dicroísmo circular magnético de rayos X (XMCD). Mediante magnetometría tradicional, los científicos han demostrado la existencia de transiciones de fase magnética y han encontrado algunos indicios de una disposición magnética compleja con la coexistencia de diferentes fases magnéticas.
Tendencias comunes en muestras a granel y de nanopelículas
Los resultados de la película nanocristalina hecha de esta aleación muestran algunas tendencias comunes en comparación con la muestra a granel, por ejemplo, la mayor holgura de la red de cromo y aún el interesante comportamiento magnético del manganeso, que es consistente con el comportamiento magnético de la película.
«Las aleaciones de alta entropía son una clase de materiales muy diversa y emocionante», dice la Dra. Alevtina Smekhova, física de HZB y primera autora del artículo. Y al examinar el comportamiento de los componentes individuales a nivel atómico, obtendremos pistas valiosas para el desarrollo posterior de nuevos sistemas complejos con funciones múltiples deseadas”, dice.
Entrevista: Tres preguntas simples por la Dra. Alevtina Smekhova, primera autora del estudio
¿Qué son las aleaciones de alta entropía? La idea principal de la clase de materiales de «alta entropía» es mezclar cinco o más elementos y ver cómo cambiarán las propiedades macroscópicas. Cuando hay muchos elementos en una sustancia, no es posible saber que hay una «matriz» y que hay un «diluyente», por lo que todos los elementos son de alguna manera «iguales» a una solución sólida, pero aún se comportan de manera diferente debido a sus propiedades individuales como volumen, carga, número de electrones, electronegatividad, etc.
¿Por qué es tan interesante esta educación en salud ambiental? Se encontró que muchas propiedades macroscópicas como la dureza mecánica, la resistencia a la radiación, la actividad catalítica y muchas otras propiedades mejoraron significativamente en comparación con las aleaciones convencionales. Y todas estas características parecen estar relacionadas con la cantidad de formaciones locales, que es enorme: ¡miles de millones! – Por la cantidad de artículos.
¿Ya tienes una idea de cómo usarlo? si seguro. Estas aleaciones son resistentes al calor y la radiación, y se pueden usar como diversos recubrimientos para condiciones extremas, por ejemplo, en reactores o en aviación. Experimentos químicos recientes han demostrado que los HEA son útiles para aplicaciones de energía renovable y para catálisis, por ejemplo, para dividir el agua. Mucha gente está actualmente buscando nuevas propiedades y aplicaciones, y el factor principal para el progreso en este campo es comprender cómo se comportan los componentes individuales de la aleación a nivel atómico. Y utilizando rayos X de sincrotrón, es posible encontrar respuestas a casi todas estas preguntas.
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