Новый вид стекол с высокими показателями преломления можно использовать в оптических системах — устройствах дополненной реальности (очках), объективах камер смартфонов и микропроекторов, а также космических телескопах и медицинской аппаратуре. Разработали технологию ученые подведомственного Минобрнауки России Российского химико-технологического университета (РХТУ) им. Д.И. Менделеева совместно с коллегами из Южного федерального университета (ЮФУ), Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН.
Сегодня наблюдается устойчивая тенденция к миниатюризации оптико-механических и электронных устройств. Это касается и научных приборов, где используются линзы все меньшего размера с повышенными показателями преломления света. С помощью таких стекол можно получать изображения высокого разрешения, а также включать в обычную «аналоговую» картинку цифровой контент.
Ученые кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева предложили новый метод создания стекол с высокими показателями преломления света.
«Особенность нашей работы состоит в разработке высокопреломляющих стекол, в том числе с уменьшенным весом. За счет высокого показателя преломления мы можем улучшить характеристики и по разрешению, и по полю зрения, при этом само стекло будет меньше и легче. Такие стекла могут применяться в очках дополненной реальности, микрообъективах гаджетов, научных микроскопах, медицинской аппаратуре, а также космических телескопах для дистанционного зондирования Земли и изучения Вселенной, где малый аппаратный вес принципиально важен», — отметил ведущий инженер кафедры Роман Алексеев.
По словам автора, получать такие стекла технологически сложно. Менделеевцы изготавливают и изучают специально синтезированные для проведения экспериментов небольшие образцы стекол с экспериментальным составом. Одна из трудностей — подбор оптимального сочетания компонентов для получения материалов с высокими значениями показателя преломления света. Достижение этого показателя позволяет создавать сложные миниатюрные оптические системы высокого качества, повышать яркость, контрастность и качество изображения.
«Следующая сложность в получении высокопреломляющих стекол заключается в понимании особенностей самой структуры стекла. Строение стекла сложнее и хаотичнее упорядоченной структуры кристалла. Чтобы увеличить показатель преломления, мы добавляем компоненты, которые способствуют некоторому упорядочению структуры стекла. И появляется риск его кристаллизации, т.е. невозможность получения прозрачного материала и необратимое изменение всех остальных свойств. Поэтому мы исследуем структуру нового стекла, чтобы найти компромисс: максимально сохранить все свойства и не перейти грань, за которой начинается кристаллизация», — пояснил исследователь.
Ученым уже удалось получить стекла с высоким показателем преломления (n=1,81), сейчас они планируют повысить его с сохранением качества материала.
По словам Романа Алексеева, разработка по ряду параметров превосходит западные аналоги, в частности, имеет сниженную плотность, что позволяет уменьшить вес оптических компонентов (линз). Благодаря этому использовать устройства будет удобнее.
Менделеевцы продолжают исследовать структуры новых высокопреломляющих стекол, в том числе в других системах стекол и с другими компонентами. Кроме того, коллективу предстоит понять, как упростить и удешевить технологические процессы. К исследованиям образцов с помощью методов рентгеновской спектроскопии подключились сотрудники Курчатовского института, предоставив синхротронные установки. Полученный набор данных обрабатывается учеными кафедры теоретической и вычислительной физики ЮФУ для моделирования и последующей совместной интерпретации полученных результатов.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Исследование проводилось при финансовой поддержке Минобрнауки России.