Ligas de precisão ou invares foram desenvolvidas por cientistas por muitos séculos. Essas ligas à base de ferro e níquel são capazes de manter seu tamanho inalterado dentro de uma determinada faixa de temperatura. Por causa disso, eles são usados ​​na fabricação de medidores de precisão, padrões de comprimento, detalhes para placas de mostrador mecânicas, e dispositivos semelhantes. Contudo, ligas de invar carecem de muitas outras características físicas úteis, e isso limita seu uso em outras áreas, por exemplo, aqueles que requerem alta condutividade térmica dos materiais. Portanto, os cientistas há muito buscam criar um material composto exclusivo baseado em outros metais que combinaria a expansão térmica típica de ligas de invar com propriedades físicas adicionais.

Uma equipe de pesquisadores da BFU sugeriu sua abordagem para esta questão. Para desenvolver um novo material compósito, eles usaram um método tradicional baseado na redução da expansão de calor de materiais funcionais. No decorrer desta técnica, cerâmica ou outras partículas são adicionadas ao metal inicial. Comparado ao metal, as partículas têm uma expansão de calor consideravelmente menor. Desta vez, os cientistas adicionaram um composto de valência intermediário à mistura. Ao contrário dos elementos de valência integral, tais compostos podem ter propriedades anômalas:por exemplo, alguns deles podem encolher quando aquecidos. Além disso, o nível de tal redução pode ser regulado. Os compostos baseados em um metal e um sistema de valência intermediária permitem gerenciar sua expansão térmica e reduzi-la a quase zero. Isso amplia consideravelmente o alcance de suas aplicações.

Em seu estudo, a equipe usou hexaboreto de alumínio e samário. Embora essas substâncias sejam amplamente conhecidas, foi a primeira vez que eles foram combinados. Para obter o composto, os componentes em pó foram prensados ​​a quente. Depois disso, a equipe estudou o resultado com um microscópio óptico e usou tomografia de raios-X para diagnosticar a estrutura interna da amostra sem polimento e acabamento adicionais. Usando a varredura camada por camada, os cientistas desenvolveram um modelo 3-D da nova substância e descobriram que as partículas de hexaboreto de samário foram distribuídas uniformemente no alumínio. Isso confirmou que o composto era adequado para estudos posteriores. Para medir sua expansão de calor, a equipe usou dilatometria capacitiva dentro da faixa de temperatura de 10-210 K. A amostra teve expansão de calor zero a 45 K e demonstrou comportamento invar de até 60 K.

"Nosso trabalho é o primeiro em seu campo, e ainda não estamos prontos para considerar a escala para o nível industrial. Atualmente, estamos focados em problemas específicos que exigem soluções exclusivas. A questão de reduzir a expansão de calor de materiais funcionais por meio da adição de pequenas partículas de substâncias de expansão baixa ou nula tem sido relevante na indústria de fabricação de instrumentos, rádio eletrônica, aviação, e a indústria espacial, bem como em tecnologias de laser e criogenia por muitos anos, "disse Dmitry Serebrennikov, um Candidato em Ciências Físicas e Matemáticas, e um associado de pesquisa no Laboratório de Sistemas Eletrônicos Fortemente Correlacionados, Centro de Ciência e Pesquisa "Nanomateriais Funcionais" da BFU.