Новый материал был случайно получен в ходе эксперимента на космической станции.

Экспериментируя с расплавленными металлами в условиях невесомости, тайконавты случайно получили новый материал, который не должен был образоваться - интерметаллическое соединение меди и висмута. Его нашли уже на Земле, изучая образцы, доставленные с орбиты.

"Открытие интерметаллида Cu₂₀Bi₉ стало для нас полной неожиданностью. Изначально мы планировали использовать космический эксперимент по затвердеванию сплава Cu₇₅Sn₁₃Bi₁₂ для изучения кинетики жидкофазного распада и эволюции микроструктуры при затвердевании в условиях микрогравитации", — говорит физик-материаловед Се Вэньцзюнь из Северо-Западного политехнического университета, возглавлявший исследование. учиться.

Подобно маслу и воде, в жидком состоянии висмут и медь практически невозможно смешать, за исключением случаев экстремального давления.

«Нас особенно заинтересовало это соединение, поскольку в бинарной системе Cu–Bi при обычном давлении вообще нет интерметаллических фаз, а все известные до сих пор интерметаллиды Cu–Bi были получены только при высоком давлении», – объясняет Се.

Примечательно, что случайное достижение китайских космонавтов оказалось воспроизводимым на Земле. Это исключает возможность того, что Cu₂₀Bi₉ является уникальным продуктом микрогравитации. Хотя скорее всего это сыграло свою роль, изменив динамику затвердевания. На орбите конвекция, вызванная силой Архимеда, значительно ослаблена — жидкость не поднимается и не опускается, как на Земле, под действием силы тяжести. В несмешивающихся системах типа Cu₇₅Sn₁₃Bi₁₂ подавление конвекции изменяет скорость и характер фазового разделения и кристаллизации. Полученные микроструктуры могут быть «чище» и удобнее для анализа с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, что, по-видимому, позволило обнаружить фазу, присутствующую в образцах, но трудно обнаруживаемую при изучении земных материалов.

Каждая ячейка считавшегося невозможным соединения содержит 80 атомов меди и 36 атомов висмута и, по словам Се, «напоминает квадратную коробку для конфет». С помощью моделей ученые показали, что материал отличается высокой стабильностью — смещения отдельных атомов в решетке крайне незначительны.

Сейчас авторы изучают, как именно образуется Cu₂₀Bi₉ и почему это возможно, видимо, только в расплаве такого состава. Предполагается, что олово может играть роль «медиатора» в реакции.

О практическом применении открытия пока речи не идет. Теоретически она может быть весьма широкой — интерметаллиды висмута могут быть полезны при разработке бессвинцовых припоев, термоэлектрическом преобразовании энергии, исследованиях топологических изоляторов и многом другом.