Междисциплинарный научный коллектив Самарского государственного технического университета смоделировал и синтезировал новый неорганический медь-замещенный материал на основе МАХ-фазы карбосилицида титана (Ti3SiC2), сообщает пресс-служба вуза. Работу, поддержанную грантом Российского научного фонда (№ 24-79-10187), возглавляет ведущий научный сотрудник кафедры "Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы" Эмиль Умеров. Часть исследований ему помогали выполнять доцент кафедры "Общая и неорганическая химия" Елизавета Морхова, а также коллеги из Самарского государственного медицинского университета. Результаты опубликованы в престижном научном журнале The Journal of Physical Chemistry C, входящем в высший квартиль (Q1) в международной системе рейтинга научных журналов (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5c00122).

"МАХ-фазы - это относительно новый класс керамических материалов с некоторыми свойствами металлов, - поясняет Эмиль Умеров. - Они характеризуются уникальными комбинациями химических, физических, электрических и механических характеристик, а также особым многослойным строением, что позволяет отнести их одновременно к металлам и керамике. Особое сочетание свойств обусловлено уникальной атомной слоевой структурой их кристаллов".

По словам исследователей, MAX-фазы обладают, в частности, высокой эластичностью и прочностью, стойкостью к коррозии, имеют хорошие показатели теплопроводности и электропроводимости, низкий коэффициент температурного расширения, отличную термостойкость и жаропрочность. Кроме того, эти материалы хорошо показывают себя в условиях трения, достаточно пластичны. Некоторые виды MAX-фаз также обладают повышенной сопротивляемостью усталости материала и окислению.

"Мы смоделировали структуры новых соединений, относящихся к группе популярных в научной среде МАХ-фаз, - рассказывает Елизавета Морхова. - При помощи высокопроизводительных вычислений в рамках теории функционала плотности мы показали, что в нанослоистую структуру одного из представителей МАХ-фазы - карбосилицида титана (Ti3SiC2) - можно внедрить атомы меди, частично заместив кремний до половины его содержания".

Полученные соединения оказались стабильными, и политеховцы смогли оценить их основные физико-механические свойства и приступить к экспериментальному синтезированию.

"Мы использовали экологичный и эффективный метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения чистой МАХ-фазы, а затем в печи провели ее модификацию, получив медь-замещенную структуру. В итоге нам удалось создать и экспериментально подтвердить фазу медьсодержащего карбосилицида титана (Ti3Si0.93Cu0.07C2)", - отмечает Эмиль Умеров.

Молодые ученые планируют провести дальнейшие исследования по внедрению в структуру МАХ-фазы большего содержания меди, а также нескольких атомов одновременно.

Сегодня МАХ-фазы рассматривают как перспективные огнеупорные или конструкционные материалы. Так, их можно использовать в качестве высокотемпературных нагревательных элементов, покрытий для электрических контактов. Также они эффективны при производстве медицинских имплантатов костной ткани организмов и в триботехнике.