Ученые ТПУ создали новый вид функционально-градиентной оптической керамики

Ученые Томского политехнического университета разработали новый вид функционально-градиентного материала – многослойной оптической керамики. Он создан из двух известных и хорошо изученных видов оптической керамики и может быть перспективен для использования в качестве светоизлучающих материалов в светотехнике, элементов пассивной оптики.

Проект политехников поддержан грантом РНФ, результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

Функционально-градиентные материалы (ФГМ) считаются материалами нового поколения и характеризуются отсутствием четких границ между компонентами и непрерывным пространственным изменением (градиентом) физико-механических свойств. Концепция их создания заключается в определении набора свойств, необходимых для выполнения заданных функций, зависимостей их пространственного распределения. Градиент структур, составов и свойств компонентов таких материалов позволяет снизить концентрацию внутренних напряжений и увеличить срок службы материала.

«Функционально-градиентные материалы обладают совокупностью свойств, отличных от свойств исходных компонентов, и позволяют производить материал с заданными свойствами для требуемых условий применения в различных областях науки и техники. Идею композитных ФГМ предложили в Японии и реализовали качестве „сверхстойких“ материалов в двигательных установках и покрытиях фюзеляжа космических кораблей для снижения термического напряжения. Однако подобных проектов в направлении исследований оптически-функциональных керамических материалов практически нет. Исследование нашего коллектива посвящено получению функционально-градиентной оксидной керамики на основе материалов с разными оптическими свойствами, но с относительно близкими температурами спекания. Причем, мы постарались объединить лучшие свойства этих материалов между собой в одной функционально-градиентной структуре», — рассказывает руководитель проекта, доцент отделения материаловедения ТПУ Дамир Валиев.

Для исследования политехники выбрали три наиболее известных и изученных вида оксидной керамики – диоксид циркония, стабилизированный иттрием, алюмомагниевую шпинель и алюмоиттриевый гранат. Подобрав наиболее оптимальные режимы спекания и составы, ученые получили каждый из материалов по отдельности. Затем, используя метод импульсного электроискрового спекания, добились получения слоистой структуры.

«В итоге мы остановились на конкретном сочетании материалов – алюмоиттриевом гранате со стабилизированным диоксидом циркония, проявляющем функционально-градиентные свойства. Получили первые образцы новой микроструктуры для разработки многослойной люминесцентной керамики. Это абсолютно новый материал, он получен и изучен впервые», — подчеркивает политехник.

Ученые подробно изучили морфологические, механические, оптические и люминесцентные свойства нового материала с использованием рентгеноструктурных методов, спектрофотометрических и спектроскопических подходов.

«Исследования показали, что у нового материала наиболее эффективные светоизлучающие свойства по сравнению с другими сочетаниями материалов. Кроме того, у него достаточно неплохие температурные, упругопластические свойства. Микротвердость образца позволяет эксплуатировать его в условиях вибронагрузки или другой механической нагрузки. В целом, так как это абсолютно новый материал, сейчас мы анализируем, как именно изменились свойства оптической керамики, на основе которой он был создан: мы заранее знаем, какими свойствами обладают исходные материалы, и можем попытаться, сочетая их между собой, добавить их лучшие качества новому материалу», — поясняет Дамир Валиев.

В перспективе новый материал может быть использован, например, для изготовления лазерной керамики. Кроме того, он может применяться в качестве элементов активной и пассивной оптики. Сейчас перед политехниками стоит задача по разработке макета светоизлучающего устройства на основе нового материала.

21.09.2023, 181 просмотр.



Поиск на сайте

Новости компаний, релизы

Конференция по актуальным проблемам водоподготовки
Ученые ТПУ в составе международной коллаборации выяснили, что смертность от болезней сердца в мире снизилась на 35% за после...
ПМЭФ-2024: СПбГУ представил систему контроля на основе искусственного интеллекта
ИТ: тренды индустрии и рынка труда
Медики СПбГУ создали линию мышей для разработки новых методов лечения слепоты у человека