Российские учёные создали сверхпрочное стекло для тепловизоров и космической оптики

Ученые Пермского политехнического университета совместно с коллегами из Института химии особо чистых 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 учебного заведения.

Сегодня линзы ИК-диапазона изготавливаются из селенида цинка и германия. Эти материалы хорошо пропускают тепловые лучи, но очень хрупкие. Вибрации, перепады температур и даже пыль приводят к микротрещинам и помутнению. Германий дополнительно теряет прозрачность при нагревании.

Альтернативой считаются халькогенидные стекла, но в чистом виде они также недостаточно прочны. Преимущество стекла в том, что его структуру можно видоизменять – например, внутри могут образовываться микрокристаллы, упрочняющие материал.

Российские исследователи создали стеклокерамику на основе халькогенидного стекла (галлий-германий-селен) с добавкой йодида цезия. Внутри материала образуются микрокристаллы селенида галлия, выполняющие роль «армирующей сетки».

"Мы добились объемной доли кристаллов более 50%. Они препятствуют распространению трещин, как арматура в бетоне. При этом йодид цезия остается прозрачным в инфракрасном диапазоне и дает возможность контролировать процесс кристаллизации", - пояснил младший научный сотрудник Института химической физики РАН Роман Благин.

Всего ученые синтезировали 11 составов с разным содержанием добавок – от 0 до 26,7%. Образцы прошли испытания на микротвердость (метод Виккерса), трещиностойкость, абразивную стойкость, а также структурный анализ методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии.

По словам доцента кафедры общей физики 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 % выше, чем у традиционных халькогенидных стекол. Кроме того, коэффициент термического расширения стал на 20–25% ниже, что снижает риск разрушения из-за перепада температур.

Разработанный материал перспективен для изготовления линз, устойчивых к вибрации, нагреву и истиранию. Это позволит повысить надежность тепловизоров при спасательных операциях, увеличить срок службы космической техники и обеспечить стабильную работу приборов ночного видения в экстремальных условиях.