Оптические приборы, использующие инновационный материал из Санкт-Петербурга, способны надежно функционировать при экстремально низких и высоких температурах. Важно, что свойства материала гибко настраиваются под требуемые условия эксплуатации, открывая перспективы для космической техники.
Оптика для космоса
Ученые Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова (Санкт-Петербург) получили уникальные кристаллические материалы. Их ключевые характеристики, включая магнитные свойства и устойчивость к экстремальным температурам, поддаются точной настройке.
Соединения на основе боратов железа и хрома демонстрируют низкий отрицательный коэффициент расширения. Их особая структура гарантирует высокую надежность, обеспечивая адаптацию к самым суровым условиям, включая сверхнизкие температуры. Это критически важно для космических аппаратов и сверхчувствительных датчиков.
Крупный научный проект объединил специалистов Казанского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН (Красноярск), Санкт-Петербургского государственного университета и Сибирского федерального университета (Красноярск).
Редкое свойство материалов
Синтезированные материалы обладают уникальной особенностью. При нагреве выше обычной комнатной температуры они не расширяются, а сжимаются. Это свойство предотвращает образование микротрещин при резких температурных перепадах.
Уникальные характеристики материала, разработанного химиками, эффективно защищают электронные компоненты от трещин при колебаниях температуры.
До +30 градусов Цельсия образец имеет отрицательный объемный коэффициент расширения. При дальнейшем нагреве он показывает минимальное расширение, практически сохраняя стабильные размеры и объем. Это явление связано с магнитострикцией: изменением габаритов материала при смене его магнитного состояния.
Ученые поясняют: магнитную структуру соединения можно представить как набор атомных "магнитиков" – крошечных магнитных полей атомов, похожих на миниатюрные стрелки компаса. Нагрев нарушает их упорядоченное выстраивание. Это разрушает магнитную структуру, а кристаллическая решетка материала может сжиматься линейно или в объеме.
Изменяя соотношение железа и хрома, можно повысить термостойкость материала и задать температуру, при которой он сохраняет магнитные свойства и сжимается. Чем больше хрома, тем ниже температура потери магнитного порядка. Образец только с хромом разлагался выше 900 градусов Цельсия, а чистый борат железа – при 630 градусах Цельсия.
Применение разработки
Эти уникальные свойства делают новые соединения идеальными для изготовления деталей в высокоточных оптических, электронных и спинтронных устройствах.
Большинство известных материалов расширяются при нагреве. Даже небольшое повышение температуры на 10-20 градусов Цельсия вызывает незначительное изменение размеров зеркал и линз мощных лазеров, магнитных датчиков или процессорных чипов. Это приводит к появлению микротрещин и постепенному выходу оборудования из строя.
Материалов, сохраняющих размеры или сжимающихся при нагреве (имеющих отрицательный коэффициент теплового расширения), очень мало. Лишь немногие из них пригодны для практического применения в технике.
Источник: biz.cnews.ru