Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые в шесть раз ускорили производство кварцевого стекла для интернет-передачи
Сегодня мировую связь, от интернета до телевидения, обеспечивают оптоволоконные кабели на основе сверхчистого кварцевого стекла. Этот прочный и термостойкий материал незаменим в космической индустрии и микроэлектронике, а его современное производство по золь-гель технологии требует энергоемкой термообработки свыше 1000 градусов Цельсия, что увеличивает себестоимость. Ученые Пермского Политеха разработали методику, сокращающую время этой стадии в шесть раз и снижающую энергозатраты примерно на 80%, что ускорит производство и повысит его эффективность.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Кварцевое стекло обладает уникальными свойствами: термостойкость, прозрачность и прочность. Благодаря этому оно используется для самых передовых технологий: микроэлектроники, светотехники, оптики, медицинского и вакуумного оборудования, изготовления лазеров, усилителей, датчиков и навигационных устройств. Особенно востребован этот материал для оптоволоконных линий связи, благодаря которым работает интернет и телевидение. Российский рынок кварцевого стекла по прогнозам в 2025 году достигнет более 7,6 миллиарда рублей, а к 2031 году при среднегодовом темпе роста примерно в 5% увеличится до более чем 10 миллиардов. При этом его стоимость варьируется от 34 379 до 182 209 рублей за тонну, а цена высокочистого синтетического кварцевого стекла может достигать 450 000 рублей за килограмм.
Этот уникальный и дорогостоящий материал производят по золь-гель технологии. За основу берется жидкий раствор (золь), который содержит соединения кремния, катализатор (кислоту или аммиак) и растворитель, например, этиловый спирт. Этот гель высушивают и прокаливают, в результате чего образуется твердый чистый диоксид кремния — это и есть сырьевая основа для кварцевого стекла. Затем ее плавят в специальных печах при температуре около 1800°C). Это нужно, чтобы получить материал исключительной химической чистоты, с минимальным содержанием пузырьков и примесей. Такая термическая обработка длится более 60 часов без перерыва и требует колоссальных энергозатрат. Например, одна плавка партии массой 100 кг потребляет около 3500–4000 кВт·ч электроэнергии. При этом любое отклонение в режиме, скачок температуры, приводит к браку. Поэтому, чтобы не понести серьезные потери ресурсов, перед производителями стоит задача сократить время и затраты на изготовление.
Чем больше неровностей и «пузырьков» в исходном геле, тем дольше будет длиться термообработка до полного избавления стекла от дефектов. Поэтому ученые Пермского Политеха и ПНППК провели эксперименты и определили, как можно обеспечить нужные свойства геля еще на стадии его «приготовления». Это позволит сократить время обжига материала, на который требуется много энергии, а соответственно – и уменьшить трату ресурсов.
– В ходе эксперимента мы меняли тип катализатора, количество воды и добавляли или убирали растворитель — этиловый спирт. Чтобы после высушивания материал имел меньше внутренних дефектов и пор, его необходимо превращать в гель медленно и равномерно. Как показали результаты, достичь этого позволяет использование очень малого количества водного аммиака – менее 0,1% от массы, – и добавления этилового спирта в исходную смесь, – комментирует Александр Возяков, начальник бюро новых разработок ПАО «ПНППК».
– В результате частицы диоксида кремния получаются более прозрачными и с меньшим количеством внутренних трещин, поэтому не нуждаются в столь длительной обработке. Так, подбор идеальных пропорций позволил сократить время термообработки готового геля при температуре 1200 °C с 60 до 10 часов. Качество конечного продукта при этом имело те же показатели плотности и пористости, что и после 60 часов обжига, – рассказывает Светлана Порозова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук.
Эксперименты ученых ПНИПУ и ПНППК по изготовлению кварцевого стекла, тщательное наблюдение за изменением состава материала и его структурой позволили выявить оптимальное содержание аммиака и прочих компонентов, которое обеспечивает нужную структуру материала еще на этапе «приготовления». Это помогает снизить временные затраты на термообработку в шесть раз и энергетические (примерно 80%) – на производство кварцевого стекла в целом.
Результаты исследования будут полезны там, где активно применяется кварцевое стекло – в электронике, микроэлектронике, телекоммуникации для создания более мощных волокон интернет-кабелей, оптике и лазерной технике, а также в современных навигационных системах.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые Центра исследований интеллекта и когнитивного благополучия НИУ ВШЭ провели первый систематический анализ научных работ, посвященных особенностям восприятия эмоций по движениям при аутизме. Анализ показал, что различия между аутичными и неаутичными людьми во многом зависят от того, как именно устроен эксперимент и какие задачи предлагаются участникам.
В облачных лесах Коста-Рики маргаи, ленивцы, обезьяны и опоссумы используют крону одного вида дерева для своих естественных нужд. Это необычное поведение исследователи заметили случайно во время установки фотоловушки. Открытие может изменить прежние представления о поведении ленивцев и значительно расширит знания о коммуникации животных.
Полевой маршал погиб во время франко-голландской войны, но до сих пор конкретное место захоронения не было известно. Найденный скелет формально согласуется с причиной смерти шевалье д'Артаньяна (вопреки беллетристике, это был один из его титулов, а не имя). Анализ ДНК должен окончательно подтвердить гипотезу уже в ближайшее время.
В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
Арахнологи описали новый вид пауков, который копирует облик мертвой особи, пораженной паразитическим грибом, чтобы хищники меньше обращали на него внимание. В природе такой гриб заражает хозяина и воздействует на его нервную систему, после чего заставляет подниматься на возвышенность, откуда легче распространять споры. Открытие расширит представления ученых о мимикрии у животных.
Ученые Центра исследований интеллекта и когнитивного благополучия НИУ ВШЭ провели первый систематический анализ научных работ, посвященных особенностям восприятия эмоций по движениям при аутизме. Анализ показал, что различия между аутичными и неаутичными людьми во многом зависят от того, как именно устроен эксперимент и какие задачи предлагаются участникам.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно