Neue Familie nanostrukturierter Materialien entdeckt

Mit ihrer Zickzack-Struktur verbinden die Materialien Eigenschaften, die bisher als unvereinbar galten – und könnte Basis künftiger Technologien werden.

Ein Forschungsteam der Montanuniversität Leoben hat eine bislang unbekannte Klasse intermetallischer Materialien entwickelt. Die sogenannten "ZIP-Phasen" (Zickzack-Intermetallphasen) zeichnen sich laut einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Advanced Materials durch eine einzigartige atomare Anordnung aus, die sowohl metallische als auch ionische Bindungsmerkmale vereint. 

ZIP-Phasen treten demnach in zwei Varianten auf – einer kubischen Diamantstruktur und einer hexagonalen Nanolaminatstruktur. Diese Kombination führe zu einer ungewöhnlichen Dualität der Materialeigenschaften. "Die Entdeckung der ZIP-Phasen markiert den Beginn eines völlig neuen Ökosystems nanostrukturierter Materialien", sagt Assistenzprofessor Matheus A. Tunes vom Labor für Metallurgie in extremen Umgebungen ([X-MAT].

Seinem Team gelang es, die neuen Verbindungen mithilfe pulvermetallurgischer Verfahren in mehreren ternären Systemen zu synthetisieren. Ein wesentlicher Fortschritt sei die skalierbare Herstellung nahezu phasenreiner ZIP-Verbindungen im Nb–Si–Ni-System, die eine präzise Analyse der Strukturen und Eigenschaften ermögliche.

Bezug zu bekannten Materialkonzepten

Laut Veröffentlichung weisen die ZIP-Phasen strukturelle Parallelen zu den bekannten MAX-Phasen auf, sollen das Konzept jedoch über bisherige chemische Grenzen hinaus erweitern. Computergestützte Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich die neuen Materialien in zweidimensionale Schichten exfolieren lassen – ähnlich den Verfahren bei Graphen.

Das Forschungsteam plant nun internationale Kooperationen, um die Herstellung und Charakterisierung der ZIP-Phasen weiterzuentwickeln. Die Arbeiten könnten den Weg zu einer neuen Generation multifunktionaler Werkstoffe ebnen - mit Perspektiven für Elektronik, Energiespeicherung und Quantenanwendungen.