Молодые ученые ДВФУ патентуют технологии создания новой керамики для фотоники и лазерной техники

Молодые материаловеды Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) разработали технологии производства функциональных материалов в форме оптических и термоэлектрических керамик, которые обеспечат преимущество в отрасли фотоники и лазерной техники, а также позволят переводить бросовое тепло в электроэнергию. Патентные заявки на изобретения отправлены в Роспатент (Рег. № 2020129097 и 2020133067).

Перспективные керамические материалы класса «лазерная керамика−термоэлектрик», разработанные в ДВФУ, предназначены для устройств микроэлектроники, которые будут задействованы в приборах нового поколения для высокоточного зондирования местности, оптической связи, лазерной обработки материалов, микрохирургии, преобразования тепловых потерь в электроэнергию (термоэлектрогенерации).

Наноструктурированные керамические системы сложного состава ученые предлагают изготавливать в едином технологическом цикле методом реакционной высокоскоростной консолидации в плазме (реакционное искровое плазменное спекание). В качестве соединений выбраны иттрий-алюминиевый гранат YAG:Nd³⁺ и композит из титаната стронция и оксида титана в рутильной форме SrTiO₃−TiO_2.

Используемый командой подход снимает многие принципиальные ограничения, присущие традиционным методам выращивания монокристаллов для лазерных систем.

«Сложный композитный керамический материал, который мы предлагаем, состоит из двух объединенных керамических систем YAG:Nd³⁺ / SrTiO₃−TiO₂, совмещая в себе лазерную среду с «тепловым буфером», термоэлектриком. Такой материал имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. К примеру, в сравнении с однослойными системами он может выдержать до десяти раз более высокое термическое напряжение. Такой лазерный элемент имеет гораздо более высокий температурный порог разрушения, его можно применять для создания компактных и одновременно высокомощных лазерных систем, — объясняет директор Научно-образовательного центра “Передовые керамические материалы” Департамента промышленной безопасности Политехнического института ДВФУ Денис Косьянов. — Одновременно, разработанная композитная керамическая система SrTiO₃−TiO₂ сама по себе может быть полезна в различных технологических процессах, во время которых выделяется бросовое тепло при высоких температурах. Например, с ее помощью можно преобразовать бросовое тепло, которое составляет до 60 процентов всего теплообмена и, как правило, списывается на потери, в электрическую энергию, а также защитить от перегрева изделия, эксплуатируемые при температуре более 1000°С».

В междисциплинарном проекте при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) принимают участие ведущие молодые исследователи в области физики конденсированного состояния, неорганической и физической химии Политехнического института ДВФУ: Алексей Завьялов, Сергей Тихонов, Александр Захаренко и руководитель проекта Денис Косьянов. В команде также работают аспиранты Анастасия Ворновских и Илья Самойлов.

Исследования выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (18-29-11044).

Направление Material Science, включающее исследования в области новых технологий и материалов, определено в Дальневосточном федеральном университете как одно из приоритетных и ориентировано на решения принципиально новых научно-технологических задач, которые находятся на переднем крае современной науки. Исследования в области материаловедения являются важным аспектом в реализации стратегической цели по развитию университета как лидера в научно-образовательный и технологической деятельности на российском Дальнем Востоке, центра трансфера технологий и инновационной в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru