В ННГУ разработали метод оценки качества и прогнозирования свойств композитов для аэрокосмической оптики

Исследователи ННГУ имени Н. И. Лобачевского в сотрудничестве с Институтом химии высокочистых веществ Российской академии наук (ИХВВ РАН) разработали методику оценки фундаментальных оптических свойств двухфазных керамических композитов на основе оксида иттрия (Y2O3) и оксида магния (MgO). Благодаря особой прочности и устойчивости к тепловым нагрузкам данные керамики могут найти применение в производстве инфракрасной (ИК) оптики для работы в экстремальных условиях. Тестирование качества композитных материалов открывает новые перспективы для внедрения в аэрокосмическую промышленность.

Разработка и исследование свойств ИК-прозрачных материалов нового поколения – одна из главных задач лаборатории оптических керамических материалов химического факультета ННГУ. Подразделение основано в 2021 году при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030». Потенциальное внедрение разработанных оптических композитов позволит улучшить целевые свойства деталей и изделий ИК-оптики.

«Ранее мы разработали метод изготовления перспективного композита, который может конкурировать с лучшими традиционными оптическими материалами. Его отличительной особенностью является сохранение свойств при высоких температурах. Это критически важно для аэрокосмической техники. Например, в случае если бортовая оптика помутнеет от нагрева аппарата – навигационная система просто ослепнет» – рассказал кандидат химических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией оптических керамических материалов кафедры неорганической химии химического факультета Университета Лобачевского, автор исследования Дмитрий Пермин.

Двухфазные композиты, например, на основе оксида иттрия и оксида магния, становятся прозрачными в ИК-диапазоне только когда размер зерен этих компонентов меньше, чем длина волны проходящего через него излучения. Чтобы создавать керамики с заданным уровнем прозрачности, необходимо знать точную зависимость оптического пропускания от размера зерна, дефектов и других особенностей. Метод нижегородских ученых позволяет диагностировать структуру и предсказывать предельную прозрачность композита.

«Из-за особенностей строения, оптические потери в композитах невозможно оценить в рамках подходов, которые рассматривают рассеивающие центры как изолированные, например, теория Ми. Теперь, благодаря проведению расчетов на базе модели, учитывающей подобные интерференционные эффекты, мы нашли способ связать прозрачность с характеристиками микроструктуры, то есть мы можем определять возможные потери по размеру зерна и дефектам, или решать обратную задачу: по спектрам ИК-пропускания судить о структуре композита. Разработанный метод также можно использовать для оценки качества и других оптических материалов схожей структуры», – отметил Дмитрий Пермин.

«Проведенное исследование подтверждает позиции Университета Лобачевского как одного из ведущих центров в области создания перспективных материалов. Лаборатория оптических керамических материалов, сформированная благодаря программе “Приоритет-2030”, за короткое время вышла на уровень результатов, востребованных аэрокосмической отраслью. Это новые возможности для укрепления технологического суверенитета России в сфере специальной оптики. Наши ученые совместно с коллегами из ИХВВ РАН закладывают фундамент, на который будет опираться новое поколение отечественных аэрокосмических систем», – отметил ректор ННГУ имени Н. И. Лобачевского Олег Трофимов.

Проект выполнен при грантовой поддержке Российского научного фонда. Научные результаты опубликованы в международном журнале Journal of the European Ceramic Society.

Фото: пресс-служба ННГУ имени Н. И. Лобачевского, фотограф – Андрей Скворцов.