Российский научный фонд объявил победителей конкурса 2019 года для отдельных научных групп. В числе получателей гранта – ученые кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ с работой: «Прозрачные ситаллы с коэффициентом термического расширения, стабилизированным вблизи нулевого значения, и лазерное микромодифицирование их структуры».

Ситаллы – это стеклокристаллические материалы с нулевой пористостью, открытые более полувека назад почти одновременно американским ученым Стуки и коллективом ученых Менделеевского университета во главе с заведующим кафедрой стекла профессором Исааком Ильичом Китайгородским. Некоторые из ситаллов прозрачны, и среди прозрачных ситаллов – в литиевоалюмосиликатной системе – можно получить материалы с очень низким коэффициентом линейного термического расширения (ТКЛР). Такие материалы идеальны для изготовления астрономических зеркал и других оптических деталей, в которых изменения линейных размеров и формы поверхности при перепадах температуры недопустимы. По тем же причинам они широко используются в системах локации и гироскопах.

Быстрое развитие оптики и фотоники требует постоянного совершенствования оптических материалов, при этом требования к их характеристикам становятся более жесткими: производство должно быть дешевым, а срок службы – продолжительным. «Выбор материалов ограничен оптическими полимерами, кристаллами и стеклами, но все они обладают рядом преимуществ и недостатков, – рассказывает руководитель проекта, завкафедрой стекла и ситаллов профессор Владимир Николаевич Сигаев. – Ни один из перечисленных материалов не может противостоять температурному воздействию. Это негативно отражается на эксплуатационных характеристиках оптических приборов – от возникновения погрешностей в работе до полного выхода из строя». Создание ситаллов с близкими к нулю значениями ТКЛР дало возможность обойти проблемы оптического материаловедения и способствовало прорыву в астрономических наблюдениях и навигации.

Однако уникальные преимущества прозрачных материалов с нулевым ТКЛР используются чрезвычайно узко, в основном, в технике оптических гироскопов и астрономических зеркал. И даже в этой области текущие характеристики оптических ситаллов далеко не всегда отвечают требованиям. Природа минимизации теплового расширения изучена плохо, это приводит к большому разбросу значений ТКЛР при производстве гироскопов и, как следствие, к малому проценту годной продукции. Поэтому одна из целей нового проекта ученых РХТУ – выявить особенности структуры материалов с низкими значениями ТКЛР и динамики ее изменений с температурой.

Недавно ученые кафедры стекла разработали и запатентовали оптический ситалл в литиевоалюмосиликатной системе с аномально низким значением ТКЛР в широком диапазоне температур: от -100 до +500°С. В новом проекте ученые будут использовать этот ситалл как основу для создания новых светоизлучающих термостабильных оптических сред и микрооптических волноводных структур. Кроме того, ученые изучат природу аномального поведения ТКЛР ситалла при изменении температуры и определят основные факторы, отвечающие за проявление этих свойств. В случае успеха лабораторные методики синтеза ситалла можно будет транслировать в опытно-промышленное производство и применять в лазерных гироскопах нового поколения.

Также ученые изучат возможность формирования в прозрачном ситалле с нулевым ТКЛР модифицированных микрообластей, чтобы создать системы сверхстабильной оптической памяти. «Идеально бы было вместо диска из кварцевого стекла, которое сейчас используется в разработках сверхстабильной оптической памяти (причем нашим главным конкурентом является фирма Microsoft), создать диск из существенно более прочного материала – ситалла с нулевым коэффициентом расширения. Но это пока только мечта» – отметил Владимир Николаевич Сигаев.

На конкурс РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» поступило более 3 с половиной тысяч заявок, но в финал вышел только 681 проект. Размер каждого гранта составит до 6 миллионов рублей ежегодно. Проекты будут реализовываться в 2019–2021 годах.

 

Фото: Газета «Москва. Северо-Запад»