Группа учёных из Кореи и Японии открыла новый тип кристаллов, которые могут «дышать», то есть многократно выделять и поглощать кислород при относительно низких температурах. Эта уникальная способность изменит подход к разработке экологически чистых энергетических технологий, включая топливные элементы, энергосберегающие окна и интеллектуальные термоустройства.
Новый материал – это особый оксид металла, включающий стронций, железо и кобальт. Он обладает уникальным свойством: при нагревании в обычной газовой среде он способен высвобождать кислород, а затем снова его поглощать, не разрушаясь. Данный процесс может быть многократно повторен, что делает его перспективным для практического использования.
Результаты исследования были обнародованы в научном журнале Nature Communications. «По словам профессора Джина, автора исследования, это можно сравнить с тем, будто кристалл получил способность вдыхать и выдыхать кислород по команде. Контроль концентрации кислорода в материалах критически важен для технологий, таких как твердооксидные топливные элементы, которые производят электроэнергию из водорода с минимальным уровнем выбросов. Он также играет ключевую роль в тепловых транзисторах – устройствах, способных направлять тепло, подобно электрическим переключателям, – и в «умных» окнах, регулирующих теплообмен в зависимости от погодных условий.
Большинство известных ранее материалов, предназначенных для регулирования концентрации кислорода, обладали недостаточной прочностью или функционировали исключительно в специфических, зачастую экстремальных, условиях, таких как высокие температуры. Разработанный материал сохраняет свои свойства и при менее жёстких условиях.
«Профессор Джин объясняет, что открытие вызывает удивление по двум причинам: происходит восстановление исключительно ионов кобальта, и в результате формируется совершенно новая, но устойчивая кристаллическая структура (см. прикреплённый рисунок). Кроме того, исследователи продемонстрировали возможность возврата материала к первоначальному состоянию путем повторного добавления кислорода, что подтверждает полную обратимость трансформации. «Это значительный прогресс в разработке интеллектуальных материалов, способных к саморегуляции в реальном времени», — отмечает профессор Охта. По его словам, потенциальные сферы применения охватывают широкий спектр областей, включая экологически чистую энергетику, электронику и производство экологически безопасных строительных материалов».
[Фото: Профессор Хён-джин Джин из Университета Пусан, Республика Корея ]