Peneliti di Universitas Penn State telah mengembangkan tujuh oksida entropi tinggi baru dengan mengurangi kadar oksigen selama sintesis, menstabilkan logam seperti besi dan mangan yang biasanya tidak stabil. Terobosan ini, yang diterbitkan di Nature Communications, menawarkan kerangka untuk merancang keramik canggih untuk aplikasi energi dan elektronik. Pembelajaran mesin mempercepat penemuan komposisi menjanjikan.
Ilmuwan material di Penn State mencapai kemajuan signifikan dengan mensintesis tujuh oksida entropi tinggi yang sebelumnya tidak dikenal, atau HEO, yang mengandung lima atau lebih logam. Keramik ini memiliki potensi untuk penyimpanan energi, perangkat elektronik, dan lapisan pelindung. Inovasi kunci melibatkan penurunan oksigen dalam lingkungan sintesis untuk memungkinkan struktur rock-salt yang stabil.
Proses dimulai dengan eksperimen awal pada komposisi yang diberi label J52, berisi magnesium, kobalt, nikel, mangan, dan besi. Dengan menyesuaikan kadar oksigen di tungku tabung, peneliti utama Saeed Almishal menstabilkan besi dan mangan dalam keadaan oksidasi 2+, mencegah mereka mengikat oksigen berlebih seperti yang terjadi di atmosfer normal. "Dengan menghilangkan oksigen secara hati-hati dari atmosfer tungku tabung selama sintesis, kami menstabilkan dua logam, besi dan mangan, ke dalam keramik yang tidak akan stabil di atmosfer sekitar," jelas Almishal.
Membangun dari ini, Almishal menggunakan pembelajaran mesin untuk menyaring ribuan formulasi, mengidentifikasi enam kombinasi logam layak lainnya. Mahasiswa sarjana dan pascasarjana membantu dalam pembuatan dan karakterisasi pellet keramik padat untuk ketujuh HEO. "Dalam satu langkah, kami menstabilkan semua tujuh komposisi yang mungkin dalam kerangka saat ini," catat Almishal, mengkreditkan prinsip termodinamika untuk solusi sederhana.
Untuk mengonfirmasi stabilitas material, tim bekerja sama dengan peneliti Virginia Tech, yang menggunakan pencitraan absorpsi sinar-X untuk memverifikasi keadaan oksidasi. Pekerjaan ini, didukung oleh Pusat Ilmu Nanoskala Penn State, menekankan peran kritis oksigen dalam pembentukan keramik. Upaya masa depan akan menguji sifat magnetik HEO dan menerapkan metode pada material menantang lainnya.
Kontributor sarjana Matthew Furst mempresentasikan temuan di pertemuan American Ceramic Society 2025 di Columbus, Ohio, menyoroti keterlibatan mahasiswa. Studi ini, yang sudah banyak diakses secara online, menyediakan pendekatan serbaguna untuk sintesis oksida kompleks.