Instituto Kurchatov da Rússia desenvolve material de baixa compensação térmica

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa russa conseguiu reduzir a temperatura de trabalho da compensação térmica de um material ao substituir parcialmente o ferro no borato de ferro por cromo, oferecendo uma nova solução para expansão controlada em dispositivos ópticos e eletrônicos de alta precisão.

A maioria dos materiais se expande quando aquecida, um fenômeno que representa desafios para equipamentos de alta precisão, como espelhos e lentes de lasers de alta potência. Mesmo um aumento de temperatura de apenas 10 a 20 graus Celsius pode causar pequenas alterações dimensionais nas peças, levando a danos microscópicos e degradação funcional. A chave para resolver esse problema está em encontrar materiais com coeficientes de expansão térmica baixos ou até negativos, mas esses materiais são raros e muitos não podem ser usados em engenharia devido à baixa estabilidade térmica. O efeito magnetostritivo oferece um caminho possível: a expansão do material quando aquecido pode ser compensada pela contração causada pelo rearranjo da estrutura magnética.

O borato de ferro (FeBO₃) possui tais propriedades e já é amplamente utilizado na fabricação de instrumentos, incluindo dispositivos de radiação síncrotron. No entanto, o uso desse material requer o aquecimento do cristal a cerca de 77 graus Celsius, o que aumenta o consumo de energia e exige sistemas de aquecimento adicionais. Uma equipe de cristalógrafos de vários centros de pesquisa russos tentou substituir parcialmente o ferro no material por cromo, já que o borato de cromo possui propriedades semelhantes. O estudo comparou três materiais: FeBO₃, CrBO₃ e uma composição mista. Os resultados experimentais mostraram que quanto maior o teor de cromo no material, menor a temperatura na qual ele perde a ordem magnética. O "rearranjo" do borato de ferro puro ocorre a cerca de 77 graus Celsius, o da composição mista a 30 graus Celsius, e a amostra contendo apenas cromo a 262 graus Celsius negativos.

O líder do projeto, Yaroslav Biryukov, pesquisador-chefe do Instituto de Química de Silicatos I. V. Grebenshchikov da Academia Russa de Ciências (filial do Instituto Kurchatov — Centro de Pesquisa Pityarf), comentou que esse resultado abre caminho para a fabricação de compostos eficazes com coeficientes de expansão precisamente controláveis, que podem ser aplicados em óptica de alta precisão, spintrônica e dispositivos eletrônicos. Além disso, esses materiais podem ser ajustados para operar em temperaturas ultrabaixas, o que é importante para tecnologia espacial e sensores ultrassensíveis. Biryukov revelou que a próxima etapa da equipe de pesquisa se concentrará no estudo de compostos relacionados e na ampliação da gama de materiais selecionados.

Os resultados da pesquisa foram publicados no Journal of Materials Chemistry C. O estudo foi financiado pela Fundação Russa de Ciência (РНФ), e as instituições participantes incluem o Instituto de Física L. V. Kirensky da Filial Siberiana da Academia Russa de Ciências, a Universidade Estadual de São Petersburgo, a Universidade Federal de Kazan e a Universidade Federal da Sibéria.