氧化物之间不太可能结合

术语合金通常是指几种金属的混合物。但是，其他材料也可以合金化。例如，在半导体工业中，氧化物和氮化物合金长期以来一直被成功地用于调整材料的功能特性。通常这些变化逐渐发生，基材的性质仍然易于识别。

然而，如果混合其晶体结构完全不匹配的化合物，则形成“异质结构合金”。在这些合金中，结构根据组分的混合比而变化。有时，这会产生令人惊讶的特性，这些特性与基础材料的特性明显不同。Empa研究员塞巴斯蒂安·西尔(Sebastian Siol)感兴趣的就是这些氧化物合金。他不仅想要发现它们，还能让它们用于日常生活。在寻找所需材料的过程中，他必须同时关注几种材料特性，例如结构，电子特性和长期稳定性。

Siol去年加入了Empa。此前，他在科罗拉多州戈尔登市的国家可再生能源研究实验室(NREL)进行了研究，在那里他留下了一个着名的出版物：具有“负压”的合金。他和他的同事一起使用冷蒸汽技术(磁控溅射)混合硒化锰和碲化锰。在某些比例下，基础材料合并形成对两种组分都“不舒服”的晶格。两个合作伙伴都不会强迫它最喜欢的晶体结构，它更喜欢纯粹的状态，而另一个。

由此产生的折衷是一个新阶段，通常只会在“负压”下形成 - 即当材料永久暴露于张力时。这些材料在正常条件下极难生产。Siol和他在NREL的同事设法克服了这个难题。现在可以通过此方法访问的新材料显示了许多有用的属性。例如，它是压电的。换句话说，它可用于发电，产生探测器 - 或进行半导体实验，这是纯基础材料无法实现的。

研究稳定的系统

在Empa，Siol将带来他制造“不可能”氧化物合金的经验。他的目的是发现具有可变结构的氧化物混合物，从而使它们稳定到适合日常使用的程度。由Lars Jeurgens领导的连接技术与腐蚀实验室在稳定氧化层和合金的实际应用方面拥有丰富的经验。最初的重点是由钛和氧化钨制成的混合氧化物，这可能是窗户涂料，半导体技术或传感器技术的关注点。Siol的同事Claudia Cancellieri多年来一直在研究氧化物界面的电子特性，并为该项目贡献了自己的专业知识。

“材料组合非常令人兴奋，”Siol解释道。氧化钛非常稳定，可用于太阳能电池，墙面涂料和牙膏。另一方面，钨氧化物相对不稳定，用于智能窗，气体传感器或石油化学中的催化转化器。“在过去，研究通常只关注优化材料特性，”Siol说。“然而，至关重要的是，该材料可在相应的应用领域中使用多年。” 例如，这对于电致变色窗中的半导体涂层是重要的，其在侵蚀性环境中必须持续数十年，暴露于阳光和温度波动。Empa的研究人员正在寻求这种长期稳定性。

为了生产这些氧化物相，Siol和他的同事使用不同的工业可扩展技术：在管式炉或电解质溶液中控制金属薄膜的氧化，以及反应溅射，其中金属在沉积过程中直接氧化。迄今为止基础研究的“不可能”氧化物合金因此逐渐变得对工业应用而言是有形的。