В России создали материал для инфракрасной оптики, который в 2,5 раза прочнее зарубежных аналогов

Ученые Института химии высокочистых веществ Российской академии наук совместно с коллегами из Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали принципиально новый тип стеклокристаллических материалов для инфракрасной оптики.

Как сообщили ТАСС в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ, разработка основана на халькогенидных стеклах и способна произвести революцию в производстве тепловизионных систем.

В министерстве пояснили, что сегодня для создания оптики, способной "видеть" тепло, используются линзы из селенида цинка и германия. Эти материалы хорошо пропускают инфракрасное излучение, но обладают серьезным недостатком — они очень хрупкие. При вибрациях, резких перепадах температуры или даже от обычной пыли, царапающей поверхность, такая оптика быстро мутнеет и выходит из строя. Это создает серьезные проблемы при эксплуатации тепловизоров в экстремальных условиях.

Пермские исследователи предложили использовать для этих целей халькогенидные стекла. В исходном состоянии они не превосходят существующие материалы, однако их главное преимущество заключается в возможности последующей доработки. Ученые научились выращивать внутри стекла микроскопические кристаллы, которые значительно повышают прочность материала, но при этом сохраняют его прозрачность для теплового излучения. Ранее считалось, что большое количество кристаллов неизбежно приведет к потере оптических свойств, однако российским специалистам удалось найти идеальный баланс.

Ключевую роль в разработке сыграло добавление иодида цезия. Как рассказал младший научный сотрудник ИХВВ РАН Роман Благин, за основу было взято стекло из галлия, германия и селена, внутри которого вырастили кристаллы селенида галлия. Они работают по принципу арматуры в бетоне, не позволяя трещинам распространяться. Объемная доля таких кристаллов достигает более 50 процентов, а процесс их формирования не требует длительного отжига. Иодид цезия, прозрачный в инфракрасном диапазоне, помогает точно контролировать процесс кристаллизации. В настоящее время ученые работают над уменьшением размеров кристаллов для улучшения оптических характеристик материала.

Для оценки свойств новой стеклокерамики исследователи провели серию испытаний, синтезировав 11 различных составов с разным содержанием иодида цезия — от 0 до 26,7 процента. Каждый образец многократно тестировался для исключения случайных ошибок.

Доцент кафедры общей физики ПНИПУ Максим Булатов сообщил, что новый материал оказался в 2,5 раза тверже селенида цинка, который сегодня является основным материалом для инфракрасной оптики. Устойчивость к растрескиванию у новой разработки в полтора раза выше, чем у обычных халькогенидных стекол. Кроме того, коэффициент температурного расширения материала снижен на 20-25 процентов, что уменьшает вероятность растрескивания при резких перепадах температур.

В Минобрнауки подчеркнули, что разработанный материал открывает широкие перспективы для создания механически прочной и технологичной инфракрасной оптики. Новая стеклокерамика пригодна для изготовления линз, устойчивых к вибрациям, термическим нагрузкам и абразивному износу. Это позволит значительно повысить надежность тепловизионных систем при проведении аварийно-спасательных операций, увеличить ресурс аппаратуры спутникового мониторинга и обеспечить стабильную работу приборов ночного видения в самых экстремальных условиях.

Исследование выполнено при финансовой поддержке национального проекта "Наука и университеты" в рамках созданной лаборатории "Высокочистые халькогенидные стекла для фотоники среднего ИК-диапазона".