ПНИПУ: создан материал для инфракрасной оптики, который в 2,5 раза прочнее аналогов
Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Института химии высокочистых веществ РАН разработали новый стеклокристаллический материал для инфракрасной оптики. Он в 2,5 раза тверже и в 1,5 раза устойчивее к растрескиванию по сравнению с применяемыми сегодня аналогами. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Инфракрасная оптика — это основа тепловизоров, приборов ночного видения и космических телескопов. Такие устройства "видят" не свет, а тепловое излучение. С их помощью спасатели находят людей под завалами, врачи выявляют воспаления, энергетики обнаруживают утечки газа, а спутники фиксируют лесные пожары и отслеживают астероиды.
Сегодня линзы для ИК-диапазона изготавливают из селенида цинка и германия. Эти материалы хорошо пропускают тепловые лучи, но обладают высокой хрупкостью. Вибрации, перепады температур и даже пыль приводят к микротрещинам и помутнению. Германий дополнительно теряет прозрачность при нагреве.
Альтернативой считаются халькогенидные стекла, однако в чистом виде они также недостаточно прочны. Преимущество стекла в том, что его структуру можно модифицировать — например, формировать внутри микрокристаллы, усиливающие материал.
Российские исследователи создали стеклокерамику на основе халькогенидного стекла (галлий–германий–селен) с добавкой иодида цезия. Внутри материала формируются микрокристаллы селенида галлия, выполняющие роль "армирующей сетки".
"Мы добились объемной доли кристаллов более 50%. Они препятствуют распространению трещин, как арматура в бетоне. При этом иодид цезия остается прозрачным в инфракрасном диапазоне и позволяет контролировать процесс кристаллизации", — пояснил младший научный сотрудник ИХВВ РАН Роман Благин.
Всего ученые синтезировали 11 составов с разным содержанием добавки — от 0 до 26,7%. Образцы прошли испытания на микротвердость (метод Виккерса), трещиностойкость, абразивную устойчивость, а также анализ структуры с помощью рентгенографии и электронной микроскопии.
По словам доцента кафедры "Общая физика" ПНИПУ Максима Булатова, оптимальный состав показал микротвердость около 18,8 МПа — это в 2,5 раза выше, чем у селенида цинка. Трещиностойкость достигла 0,76 МПа·м¹/², что на 50% превосходит традиционные халькогенидные стекла. Кроме того, коэффициент теплового расширения оказался на 20–25% ниже, что снижает риск разрушения при перепадах температур.
Разработанный материал перспективен для изготовления линз, устойчивых к вибрациям, нагреву и истиранию. Это может повысить надежность тепловизоров в спасательных операциях, увеличить срок службы космической аппаратуры и обеспечить стабильную работу приборов ночного видения в экстремальных условиях.