Expertos de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares (MEPhI) de Rusia modernizaron un método de síntesis de óxidos mixtos para obtener materiales con las mejores propiedades y una amplia gama de aplicaciones: desde la eliminación de residuos radiactivos hasta sistemas de protección térmica a base de cerámica.

Además, los nuevos materiales pueden usarse como revestimiento termorresistente para motores aeronáuticos y de turbina, según los resultados de la investigación publicados en la revista Journal of Alloys and Compounds.

En los últimos años, se llevan a cabo muchas investigaciones en torno a óxidos mixtos en sistemas Ln2O3 — MO2, en los que Ln son metales del grupo de las tierras raras y es un elemento del subgrupo de titanio, porque se manifiesta un gran interés científico hacia las transiciones orden-desorden. Se trata de la ubicación de átomos en la red cristalina.

En publicaciones científicas suelen citarse datos con relación en investigaciones de la estructura y propiedades de las combinaciones bien cristalizadas Ln2M2O7, obtenidas mediante la síntesis en fase sólida a altas temperaturas. En este caso, a los científicos les interesa la transición del estado amorfo al cristalino.

Según los autores, este método no permite obtener información sobre los procesos de formación y evolución de las estructuras nanocristalinas (es un estado precristalino cuando solo varias partes de una sustancia tiene una estructura cristalizada). Los científicos de la MEPhI emplearon otro método de síntesis que consiste en calentar a temperaturas distintas precursores inicialmente amorfos (antecedentes de la futura sustancia) obtenidos por la sedimentación simultánea de soluciones de las respectivas sales metálicas.

«Pudimos por primera vez observar todo el proceso de reconstrucción de la estructura de átomos y electrones de los respectivos óxidos mixtos en el proceso de evolución y formación del estado amorfo de la estructura nanocristalina y cristalina», explicó el profesor titular del Departamento de Física de Estado Sólido y Nanosistemas, Alexéi Menushenkov. «Hemos mostrado que tanto la espectroscopia de absorción de rayos X como la espectroscopia de dispersión combinatoria son muy sensibles a la reconstrucción de estructuras locales de átomos y electrones de óxidos mixtos, lo que depende del tipo de elemento del grupo de las tierras raras y el método utilizado», agregó.

Una parte importante del trabajo la forma el uso de métodos únicos de investigación en combinación. En el proceso de investigación, los científicos aplicaron la espectroscopia de absorción de rayos X y la difracción de rayos X con el uso de radiación de sincrotrón, la espectroscopia de dispersión combinatoria y la espectroscopia infrarroja, la microscopía electrónica de rayos X con el análisis por dispersión de energías y el análisis termogravimétrico.

Es necesario combinar estos métodos complicados y costosos para obtener la información sobre la reconstrucción de la estructura catiónica y aniónica de la sustancia. Además, para el análisis de muestras se aplicaron métodos adicionales. En el proceso de investigación de la reconstrucción de la estructura local de átomos y electrones se aplicaron métodos de espectroscopia de absorción de rayos X EXAFS y XANES.

El estudio se desarrolló en la estación BM08 (LISA) del Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón (ESRF, por sus siglas en inglés) ubicado en Grenoble (Francia), en el marco del proyecto NS-3039 cuyo objetivo fue determinar el tiempo de haz. El concurso de adjudicación de contrato lo ganó el grupo de científicos encabezado por Menushenkov.

Según los expertos, los resultados del trabajo son importantes tanto desde el punto de vista fundamental como para determinar las propiedades más apropiadas de óxidos mixtos que tengan una amplia gama de aplicaciones. Además del uso de nuevos materiales como sistemas de protección térmica a base de cerámica, para eliminar residuos radiactivos y crear elementos de combustible de óxidos sólidos, es posible usar las sustancias obtenidas para crear materiales que absorban neutrones para reactores nucleares.