Российские ученые усовершенствовали структуру керамических мембран, которые имеют характерную особенность, выделять кислород из газовых смесей. Исследователи добавили в состав материала марганец. Такая манипуляция позволила улучшить селективную проницаемость мембран по кислороду. В результате, керамические мембраны приобретут новые свойства: смогут быстрее поглощать кислород и лучше его доставлять.

Мембраны актуальна для получения чистого кислорода в медицинской сфере, грамотной и поэтапной подачи этого природного ресурса в специальные реакторы окисления углеводородов и для извлечения кислорода из газовых соединений. Применяться вещества могут в водородной энергетике, помогая качественно и безопасно для окружающей среды трансформировать энергию химической реакции в электрическую. Все это возможно благодаря смешанной кислород-ионной и электронной проводимости.

Для разных производственных отраслей керамические мембраны интересны своей прочностью с точки зрения механического воздействия и отсутствием вступления в реакцию с углекислым газом. Это значит, что вещество останется неактивным по сравнению с мембранами из оксидов иных элементов, которые приходится ограничивать в промышленном применении. Если получится максимально повысить чувствительность керамических мембран к проникновению кислорода, то материал займет лидирующее место в промышленности.

Целью эксперимента является определение внутренних составляющих и внешних триггеров, а также их интенсивности для возможности улучшать функциональные свойства изучаемых материалов. При замене в составе вещества никеля на марганец стало возможно сделать скорость кислородного обмена поверхности мембраны с газовой фазой более эффективной.

Поступление кислородного элемента происходит в 3 этапа. Сначала O2 воздействует на верхние слои вещества, потом ионы проникают внутрь, после чего они совершают обратный путь, но уже на другой стороне мембраны. В процессе высвобождается газообразный кислород. Временной интервал всех этапов может каждый раз отличаться, так как он зависит от микроструктуры и химического состава конкретной мембраны. Наиболее медленный этап будет естественным образом тормозить поток O2, проникающий через материал.

Однако специалисты не планируют останавливаться на достигнутом и хотят сделать еще несколько улучшений материала. Ученые считают добавление марганца лишь одним из звеньев, влияющих на скорость процесса. Теперь можно продолжить оптимизацию переноса кислорода за счет уменьшения толщины мембраны и повышения температурного режима.