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 из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Ученые из коллаборации LIGO, VIRGO и KAGRA впервые зафиксировали гравитационно-волновые события, указывающие на существование черных дыр второго поколения — «потомков» предыдущих слияний. Открытие позволит понять, как именно во Вселенной рождаются сверхмассивные черные дыры.
Эксперимент, устроенный в морском аквариуме в Лос-Анджелесе, продемонстрировал, что акулы и скаты, принадлежащие к пластиножаберным рыбам, могут обладать более высоким уровнем интеллекта. Значит, им необходима обогащенная среда обитания при содержании в неволе.
Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Исследователи объяснили, как цивилизация майя добивалась высокой точности в предсказании солнечных затмений на протяжении столетий. Для коррекции накапливающихся астрономических неточностей они использовали сложную систему пересекающихся календарных таблиц.
В последние годы содержание кошек дома без возможности свободного выгула все чаще преподносят как идеальную модель, которая ограждает дикую фауну от нападений и обеспечивает благополучие самих питомцев. Подобные утверждения в разных частях мира звучат от некоторых защитников природы и представителей властей. Однако группа ветеринаров из Австралии и Дании недавно раскритиковала такой подход. Ученые не спорят с тем, что кошки влияют на уязвимые экосистемы и что ограничение их свободы — действенная мера по смягчению этого эффекта. Тем не менее исследователи настаивают, что жизнь в изоляции для питомцев совсем не благо. Заявляющие обратное как минимум ошибаются, а в худшем случае намеренно вводят общественность в заблуждение.
Проанализировав данные наблюдений, полученных с помощью наземных обсерваторий за последние два десятилетия, астрономы обнаружили потенциально обитаемый мир — суперземлю Gliese 251 c (GJ 251 с). Планета обращается вокруг красного карлика на расстоянии около 18 световых лет от Земли и считается одним из самых перспективных кандидатов для поисков жизни.
Согласно новой гипотезе, сознание возникает не только из-за активности нейронов, но и благодаря физическим процессам — электромагнитным полям от движения жидкости в мозге. Эта модель, как и ее предшественники, пока носит теоретический характер, но предлагает нестандартный взгляд на проблему синхронизации работы разных отделов мозга.
В современном доме, насыщенном разнообразной техникой, удлинители стали незаменимым атрибутом, позволяющим обеспечить электропитанием все необходимые устройства. Однако мало кто задумывается, что привычное использование этого аксессуара может нести серьезную угрозу безопасности. По статистике, значительная часть бытовых пожаров происходит из-за неправильной эксплуатации электропроводки и вспомогательных устройств. Какие приборы категорически нельзя подключать через удлинители и почему это может привести к трагическим последствиям, рассказывает профессор кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА, доктор физико-математических наук Алексей Юрасов.
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